JP7201771B2 - semiconductor equipment - Google Patents
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Description
半導体装置及び半導体装置の作製方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device.
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能し得る装
置全般をいい、電気光学装置、半導体回路及び電子機器は全て半導体装置である。
In this specification, the term "semiconductor device" refers to all devices that can function by utilizing semiconductor characteristics, and electro-optical devices, semiconductor circuits, and electronic devices are all semiconductor devices.
絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜を用いてトランジスタを構成する技術
が注目されている。該トランジスタは集積回路(IC)や画像表示装置(表示装置)のよ
うな電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシ
リコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目され
ている。
A technique for forming a transistor using a semiconductor thin film formed on a substrate having an insulating surface has attracted attention. The transistor is widely applied to electronic devices such as integrated circuits (ICs) and image display devices (display devices). Silicon-based semiconductor materials are widely known as semiconductor thin films applicable to transistors, but oxide semiconductors are attracting attention as other materials.
例えば、トランジスタの活性層として、電子キャリア濃度が1018/cm3未満であ
るインジウム(In)、ガリウム(Ga)、及び亜鉛(Zn)を含む非晶質酸化物を用い
たトランジスタが開示されている(特許文献1参照。)。
For example, disclosed is a transistor using an amorphous oxide containing indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn) with an electron carrier concentration of less than 10 18 /cm 3 as an active layer of the transistor. (See Patent Document 1.).
酸化物半導体を用いたトランジスタは、アモルファスシリコンを用いたトランジスタよ
りも動作が速く、多結晶シリコンを用いたトランジスタよりも製造が容易であるものの、
電気的特性が変動しやすく信頼性が低いという問題点が知られている。例えば、バイアス
-熱ストレス試験(BT試験)後に、トランジスタのしきい値電圧は変動してしまう。な
お、本明細書において、しきい値電圧とは、トランジスタを「オン状態」にするために必
要なゲートの電圧をいう。そして、ゲート電圧とは、ソースの電位を基準としたゲートの
電位との電位差をいう。
A transistor using an oxide semiconductor operates faster than a transistor using amorphous silicon and is easier to manufacture than a transistor using polycrystalline silicon.
A known problem is that the electrical characteristics tend to fluctuate and the reliability is low. For example, the threshold voltage of a transistor fluctuates after a bias-thermal stress test (BT test). Note that in this specification, a threshold voltage refers to a gate voltage required to turn on a transistor. The gate voltage is a potential difference between the source potential and the gate potential.
酸化物半導体を用いたトランジスタのBT試験によるしきい値電圧の変動は、酸化物半
導体を用いたトランジスタの信頼性を著しく低下させる。本発明の一態様は、酸化物半導
体を用いた半導体装置の信頼性を向上することを目的とする。
Fluctuation in threshold voltage of a transistor including an oxide semiconductor in a BT test significantly reduces reliability of the transistor including an oxide semiconductor. An object of one embodiment of the present invention is to improve reliability of a semiconductor device including an oxide semiconductor.
本発明の一態様は、酸化物半導体層のチャネル領域に接する絶縁層として、加熱により
酸素を放出する絶縁層を用い、酸化物半導体層のソース領域及びドレイン領域に接する絶
縁層として、酸素放出量が上記チャネル領域に接する絶縁層より少ない絶縁層を用いるこ
とを技術的思想とする半導体装置または半導体装置の作製方法である。
In one embodiment of the present invention, an insulating layer that releases oxygen by heating is used as an insulating layer in contact with a channel region of an oxide semiconductor layer, and an insulating layer in contact with a source region and a drain region of an oxide semiconductor layer has an amount of oxygen released. is a semiconductor device or a method of manufacturing a semiconductor device based on the technical idea of using an insulating layer less than the insulating layer in contact with the channel region.
本発明の一態様は、第1の領域及び第2の領域を有する絶縁層と、第1の領域及び第2
の領域に接して設けられ、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有する酸化物半
導体層と、を有し、酸化物半導体層のチャネル領域は、第1の領域に接して設けられ、酸
化物半導体層のソース領域及びドレイン領域は、第2の領域に接して設けられ、第1の領
域は、加熱により酸素を放出する絶縁層であり、第2の領域は、酸素放出量が第1の領域
より少ない絶縁層である半導体装置または半導体装置の作製方法である。
One embodiment of the present invention includes an insulating layer having a first region and a second region;
and an oxide semiconductor layer having a channel region, a source region, and a drain region provided in contact with the region of the oxide semiconductor layer, wherein the channel region of the oxide semiconductor layer is provided in contact with the first region, the oxide semiconductor The source region and the drain region of the layer are provided in contact with the second region, the first region is an insulating layer that releases oxygen by heating, and the second region has the first oxygen release amount. A semiconductor device or method of making a semiconductor device with fewer insulating layers.
「加熱により酸素を放出する」とは、TDS(Thermal Desorption
Spectroscopy:昇温脱離ガス分光法)分析にて、酸素原子に換算しての酸素
の放出量が1×1018atoms/cm3以上、好ましくは3×1020atoms/
cm3以上であることをいう。
"Releasing oxygen by heating" means TDS (Thermal Desorption
Spectroscopy (temperature-programmed desorption spectroscopy) analysis shows that the amount of oxygen released in terms of oxygen atoms is 1×10 18 atoms/cm 3 or more, preferably 3×10 20 atoms/cm3.
cm 3 or more.
チャネル領域に接する絶縁層である第1の領域からチャネル領域に酸素が供給されるこ
とで、チャネル領域と第1の領域との界面準位密度を低減できる。この結果、半導体装置
の動作などに起因して生じうる電荷などが、第1の領域とチャネル領域との界面で捕獲さ
れることを十分に抑制することができる。
By supplying oxygen to the channel region from the first region, which is an insulating layer in contact with the channel region, the interface state density between the channel region and the first region can be reduced. As a result, it is possible to sufficiently suppress trapping of charges and the like, which may be caused by the operation of the semiconductor device, at the interface between the first region and the channel region.
さらに、チャネル領域の酸素欠損に起因して電荷が生じる場合がある。一般にチャネル
領域中の酸素欠損は、一部がドナーとなりキャリアである電子を生じる。この結果、トラ
ンジスタのしきい値電圧がマイナス方向にシフトしてしまう。チャネル領域に接する絶縁
層である第1の領域からチャネル領域に酸素が十分に放出されることにより、しきい値電
圧がマイナス方向へシフトする要因であるチャネル領域中の酸素欠損を補うことができる
。
Furthermore, charges may be generated due to oxygen vacancies in the channel region. In general, oxygen vacancies in the channel region partially become donors and generate electrons that are carriers. As a result, the threshold voltage of the transistor shifts in the negative direction. Oxygen is sufficiently released from the first region, which is an insulating layer in contact with the channel region, to the channel region, so that oxygen vacancies in the channel region, which is a factor causing the threshold voltage to shift in the negative direction, can be compensated for. .
即ち、チャネル領域に酸素欠損が生じると、チャネル領域に接する絶縁層である第1の
領域とチャネル領域との界面における電荷の捕獲を抑制するのが困難になるが、第1の領
域として加熱により酸素を放出する絶縁層を設けることにより、チャネル領域と第1の領
域との界面準位密度、及びチャネル領域の酸素欠損を低減し、チャネル領域と第1の領域
との界面における電荷の捕獲の影響を小さくすることができる。
That is, when oxygen vacancies occur in the channel region, it becomes difficult to suppress charge trapping at the interface between the channel region and the first region, which is an insulating layer in contact with the channel region. By providing the insulating layer that releases oxygen, the interface state density between the channel region and the first region and oxygen vacancies in the channel region are reduced, and charge trapping at the interface between the channel region and the first region is reduced. can reduce the impact.
また、ソース領域及びドレイン領域については、酸素放出量が第1の領域より少ない第
2の領域に接して設けることで、ソース領域及びドレイン領域には酸素が供給されないよ
うにしている。これは、酸化物半導体層において、酸素欠損の一部はキャリアである電子
の発生源となることに着目した構成である。つまり、酸素が供給されることによって酸素
欠損が低減し、ソース領域及びドレイン領域が高抵抗化することを抑制するという技術的
思想に基づく。例えば、ソース領域及びドレイン領域に接する第2の領域として、TDS
分析にて酸素の放出量が1×1018atoms/cm3未満である絶縁層を用いること
ができる。
Further, the source region and the drain region are provided in contact with the second region that releases less oxygen than the first region, so that oxygen is not supplied to the source region and the drain region. This structure focuses on the fact that part of the oxygen vacancies in the oxide semiconductor layer serves as a source of electrons, which are carriers. In other words, it is based on the technical idea that the supply of oxygen reduces oxygen vacancies and suppresses an increase in the resistance of the source region and the drain region. For example, as the second region in contact with the source region and the drain region, TDS
An insulating layer that releases less than 1×10 18 atoms/cm 3 of oxygen by analysis can be used.
このように、本発明の一態様による効果は、加熱により酸素を放出する絶縁層と酸素放
出量が当該絶縁層より少ない絶縁層とに起因するものである。
Thus, the effect of one embodiment of the present invention is due to the insulating layer that releases oxygen by heating and the insulating layer that releases less oxygen than the insulating layer.
上述した酸化物半導体層のチャネル領域の界面における電荷の捕獲を抑制し、かつソー
ス領域及びドレイン領域の高抵抗化を抑制する効果により、ソース領域及びドレイン領域
が高抵抗化することで、ソース領域及びドレイン領域を流れる電流の低下が寄与してトラ
ンジスタのオン電流の低下が起こるといった不具合を抑制することができる。また、酸化
物半導体を用いたトランジスタのオフ電流の増加、しきい値電圧の変動などの不具合を抑
制することができる。加えて半導体装置の信頼性を向上させることができる。
The effect of suppressing the capture of charges at the interface of the channel region of the oxide semiconductor layer and suppressing the increase in the resistance of the source region and the drain region causes the source region and the drain region to have a high resistance. In addition, it is possible to suppress the problem that the on-current of the transistor is lowered due to the contribution of the decrease in the current flowing through the drain region. Further, defects such as an increase in off-state current and a change in threshold voltage of a transistor including an oxide semiconductor can be suppressed. In addition, reliability of the semiconductor device can be improved.
なお、加熱により酸素を放出する絶縁層は、酸化物半導体層に対して十分な厚みを有し
ていることが好ましい。加熱により酸素を放出する絶縁層が酸化物半導体層に対して薄い
場合には、酸化物半導体層への酸素供給が十分でなくなる場合があるためである。
Note that the insulating layer from which oxygen is released by heating preferably has a sufficient thickness with respect to the oxide semiconductor layer. This is because when the insulating layer that releases oxygen by heating is thinner than the oxide semiconductor layer, oxygen supply to the oxide semiconductor layer may be insufficient.
本発明の一態様は、第1の領域及び第2の領域を有する絶縁層と、第1の領域及び第2
の領域に接して設けられ、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有する酸化物半
導体層と、酸化物半導体層に接して設けられたゲート絶縁層と、ゲート絶縁層に接して設
けられたゲート電極と、を有し、酸化物半導体層のチャネル領域は、第1の領域に接して
設けられ、酸化物半導体層のソース領域及びドレイン領域は、第2の領域に接して設けら
れ、第1の領域は、加熱により酸素を放出する絶縁層であり、第2の領域は、酸素放出量
が第1の領域より少ない絶縁層である半導体装置または半導体装置の作製方法である。な
お、第1の領域と第2の領域とで、構成元素が同じ材料または構成元素の二つ以上が同じ
材料を用いてもよいし、構成元素の異なる材料を用いてもよい。
One embodiment of the present invention includes an insulating layer having a first region and a second region;
an oxide semiconductor layer provided in contact with a region of and having a channel region, a source region, and a drain region; a gate insulating layer provided in contact with the oxide semiconductor layer; and a gate electrode provided in contact with the gate insulating layer and a channel region of the oxide semiconductor layer is provided in contact with the first region; a source region and a drain region of the oxide semiconductor layer are provided in contact with the second region; The region is an insulating layer that releases oxygen by heating, and the second region is an insulating layer that releases less oxygen than the first region, or a method for manufacturing a semiconductor device. In the first region and the second region, a material having the same constituent elements, a material having two or more constituent elements that are the same, or materials having different constituent elements may be used.
上記構成において、加熱により酸素を放出する絶縁層は、酸素が過剰な酸化シリコン(
SiOX(X>2))であってもよい。酸素が過剰な酸化シリコン(SiOX(X>2)
)とは、シリコン原子数の2倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含むものである。単
位体積当たりのシリコン原子数及び酸素原子数は、ラザフォード後方散乱法により測定し
た値である。
In the above structure, the insulating layer that releases oxygen when heated is made of oxygen-excess silicon oxide (
SiO X (X>2)). Silicon oxide with excess oxygen (SiO X (X>2)
) contains more than twice as many oxygen atoms as silicon atoms per unit volume. The number of silicon atoms and the number of oxygen atoms per unit volume are values measured by the Rutherford backscattering method.
上記構成において、加熱により酸素を放出する絶縁層には、酸化シリコン、酸化窒化シ
リコン、酸化アルミニウムを用いても良い。また、酸素放出量が第1の領域より少ない絶
縁層には、酸化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化ア
ルミニウム、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用いてもよい。または、第
1の領域と第2の領域とで、構成元素の異なる材料を用いてもよい。例えば、加熱により
酸素を放出する絶縁層には、酸化シリコンを用い、酸素放出量が第1の領域より少ない絶
縁層には、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒
化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用いてもよい。例えば、第1の領域として
酸化シリコンを用いた場合、第2の領域として、任意の温度において酸化シリコンよりも
酸素の拡散係数の低い酸化アルミニウムを用いると好ましい。第1の領域よりも酸素の拡
散係数の低い第2の領域を設けることによって、第1の領域で放出された酸素が第2の領
域に拡散していく量を低減することができる。
In the above structure, silicon oxide, silicon oxynitride, or aluminum oxide may be used for the insulating layer from which oxygen is released by heating. Silicon oxide, silicon nitride, silicon nitride oxide, silicon oxynitride, aluminum oxide, aluminum nitride, or aluminum oxynitride may be used for the insulating layer that releases less oxygen than the first region. Alternatively, materials having different constituent elements may be used for the first region and the second region. For example, silicon oxide is used for the insulating layer that releases oxygen by heating, and silicon nitride, silicon nitride oxide, silicon oxynitride, aluminum oxide, aluminum nitride, or silicon oxide is used for the insulating layer that releases less oxygen than the first region. Aluminum oxynitride may also be used. For example, when silicon oxide is used for the first region, aluminum oxide, which has a lower diffusion coefficient of oxygen than silicon oxide at an arbitrary temperature, is preferably used for the second region. By providing the second region having an oxygen diffusion coefficient lower than that of the first region, the amount of oxygen released in the first region diffusing into the second region can be reduced.
ここで、酸化窒化シリコンとは、その組成において、窒素よりも酸素の含有量が多いも
のを示し、例えば、酸素が50原子%以上70原子%以下、窒素が0.5原子%以上15
原子%以下、シリコンが25原子%以上35原子%以下、水素が0原子%以上10原子%
以下の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコンとは、その組成において、酸
素よりも窒素の含有量が多いものを示し、例えば、酸素が5原子%以上30原子%以下、
窒素が20原子%以上55原子%以下、シリコンが25原子%以上35原子%以下、水素
が10原子%以上25原子%以下の範囲で含まれるものをいう。但し、上記範囲は、ラザ
フォード後方散乱法(RBS:Rutherford Backscattering
Spectrometry)や、水素前方散乱法(HFS:Hydrogen Forw
ard Scattering)を用いて測定した場合のものである。また、構成元素の
含有比率は、その合計が100原子%を超えない値をとる。酸化窒化アルミニウムとは、
その組成において、窒素よりも酸素の含有量が多いものを示す。
Here, silicon oxynitride refers to a composition in which the content of oxygen is higher than that of nitrogen.
atomic % or less, 25 atomic % or more and 35 atomic % or less of silicon, 0 atomic % or more and 10 atomic % of hydrogen
It refers to what is included in the following range. Further, silicon oxynitride indicates a composition in which the content of nitrogen is higher than that of oxygen.
It contains 20 atomic % to 55 atomic % of nitrogen, 25 atomic % to 35 atomic % of silicon, and 10 atomic % to 25 atomic % of hydrogen. However, the above range is the Rutherford Backscattering method (RBS: Rutherford Backscattering
Spectrometry) and hydrogen forward scattering method (HFS: Hydrogen Forw
It is the one when measured using Hard Scattering. Moreover, the total content of the constituent elements does not exceed 100 atomic %. What is aluminum oxynitride
It indicates that the composition contains more oxygen than nitrogen.
また、上記構成において、第1の領域の表面及び第2の領域の表面が揃っていることが
好ましい。換言すると、第1の領域及び第2の領域の厚さは同じであることが好ましい。
または、第1の領域及び第2の領域の境界付近において、第1の領域の表面及び第2の領
域の表面が連続的に形成されていることが好ましい。
Moreover, in the above structure, it is preferable that the surface of the first region and the surface of the second region are aligned. In other words, the thickness of the first region and the thickness of the second region are preferably the same.
Alternatively, it is preferable that the surface of the first region and the surface of the second region are formed continuously near the boundary between the first region and the second region.
また、上記構成において、第2の領域を設けない構成とすることも可能である。この場
合、基板上に選択的に第1の絶縁層を設け、当該第1の絶縁層を加熱により酸素を放出す
る絶縁層として用いればよい。または、基板上に第2の絶縁層を設け、第2の絶縁層上に
選択的に第1の絶縁層を設け、当該第1の絶縁層を加熱により酸素を放出する絶縁層とし
て用いればよい。
Further, in the above structure, it is possible to adopt a structure in which the second region is not provided. In this case, a first insulating layer may be selectively provided over the substrate, and the first insulating layer may be used as an insulating layer that releases oxygen by heating. Alternatively, a second insulating layer may be provided over a substrate, a first insulating layer may be selectively provided over the second insulating layer, and the first insulating layer may be used as an insulating layer that releases oxygen by heating. .
即ち、本発明の一態様は、基板または基板上に設けられた第2の絶縁層上に選択的に設
けられた第1の絶縁層と、基板または第2の絶縁層、及び前記第1の絶縁層に接して設け
られ、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有する酸化物半導体層と、酸化物半
導体層に接して設けられたゲート絶縁層と、ゲート絶縁層に接して設けられたゲート電極
と、を有し、酸化物半導体層のチャネル領域は、第1の絶縁層に接して設けられ、酸化物
半導体層のソース領域及びドレイン領域は、基板または第2の絶縁層に接して設けられ、
第1の絶縁層は、加熱により酸素を放出する絶縁層である半導体装置または半導体装置の
作製方法である。
That is, in one embodiment of the present invention, a first insulating layer selectively provided over a substrate or a second insulating layer provided over the substrate, the substrate or the second insulating layer, and the first insulating layer An oxide semiconductor layer provided in contact with an insulating layer and having a channel region, a source region, and a drain region, a gate insulating layer provided in contact with the oxide semiconductor layer, and a gate electrode provided in contact with the gate insulating layer and a channel region of the oxide semiconductor layer is provided in contact with the first insulating layer, and a source region and a drain region of the oxide semiconductor layer are provided in contact with the substrate or the second insulating layer. ,
The first insulating layer is an insulating layer from which oxygen is released by heating, or a method for manufacturing a semiconductor device.
上記構成において、加熱により酸素を放出する絶縁層は、酸素が過剰な酸化シリコン(
SiOX(X>2))であってもよい。酸素が過剰な酸化シリコン(SiOX(X>2)
)とは、シリコン原子数の2倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含むものである。単
位体積当たりのシリコン原子数及び酸素原子数は、ラザフォード後方散乱法により測定し
た値である。
In the above structure, the insulating layer that releases oxygen when heated is made of oxygen-excess silicon oxide (
SiO X (X>2)). Silicon oxide with excess oxygen (SiO X (X>2)
) contains more than twice as many oxygen atoms as silicon atoms per unit volume. The number of silicon atoms and the number of oxygen atoms per unit volume are values measured by the Rutherford backscattering method.
上記構成において、加熱により酸素を放出する絶縁層には、酸化シリコン、酸化窒化シ
リコン、酸化アルミニウムを用いても良い。
In the above structure, silicon oxide, silicon oxynitride, or aluminum oxide may be used for the insulating layer from which oxygen is released by heating.
上記構成において、基板または第2の絶縁層は、酸素放出量が第1の絶縁層より少ない
ことが好ましい。
In the above structure, the substrate or the second insulating layer preferably releases less oxygen than the first insulating layer.
上記構成において、第2の絶縁層には、酸化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコ
ン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウ
ムを用いてもよい。
In the above structure, silicon oxide, silicon nitride, silicon nitride oxide, silicon oxynitride, aluminum oxide, aluminum nitride, or aluminum oxynitride may be used for the second insulating layer.
上記構成において、加熱により酸素を放出する絶縁層をゲート絶縁層として用いること
が好ましい。または、シリコン原子数の2倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含む酸
化シリコンをゲート絶縁層として用いることが好ましい。
In the above structure, an insulating layer that releases oxygen by heating is preferably used as the gate insulating layer. Alternatively, it is preferable to use silicon oxide containing more oxygen atoms than twice the number of silicon atoms per unit volume as the gate insulating layer.
上記構成において、さらに、ゲート電極上に設けられた層間絶縁層と、層間絶縁層上に
設けられ、層間絶縁層に設けられた開口部を通して酸化物半導体層に接する配線と、を有
してもよい。
The above structure may further include an interlayer insulating layer provided over the gate electrode, and a wiring provided over the interlayer insulating layer and in contact with the oxide semiconductor layer through an opening provided in the interlayer insulating layer. good.
上記構成において、ソース領域及びドレイン領域は、酸化物半導体層を低抵抗化した領
域である。即ち、ソース領域及びドレイン領域は、酸化物半導体層の一部に低抵抗化の処
理を行うことで形成される。それと同時に、酸化物半導体層にチャネル領域が形成される
。
In the above structure, the source region and the drain region are regions in which the resistance of the oxide semiconductor layer is lowered. That is, the source region and the drain region are formed by subjecting part of the oxide semiconductor layer to treatment to reduce resistance. At the same time, a channel region is formed in the oxide semiconductor layer.
上記構成において、加熱により酸素を放出する絶縁層は、スパッタリング法により形成
されることが好ましい。または、加熱により酸素を放出する絶縁層は、酸素または、酸素
とアルゴンの混合ガスを用いたスパッタリング法により形成されることが好ましい。
In the above structure, the insulating layer from which oxygen is released by heating is preferably formed by a sputtering method. Alternatively, the insulating layer from which oxygen is released by heating is preferably formed by a sputtering method using oxygen or a mixed gas of oxygen and argon.
上記構成において、酸化物半導体層は、スパッタリング法により形成されることが好ま
しい。
In the above structure, the oxide semiconductor layer is preferably formed by a sputtering method.
上記構成において、酸化物半導体層の形成後、100℃以上650℃以下で熱処理を行
うことが好ましい。
In the above structure, heat treatment is preferably performed at 100° C. to 650° C. after the oxide semiconductor layer is formed.
上記構成において、ソース領域及びドレイン領域は、ゲート電極をマスクに用いて、酸
化物半導体層の一部に低抵抗化の処理を行うことで形成してもよい。その場合、酸化物半
導体層のうちゲート電極でマスクされた部分にチャネル領域が形成される。
In the above structure, the source region and the drain region may be formed by performing low-resistance treatment on part of the oxide semiconductor layer using the gate electrode as a mask. In that case, a channel region is formed in a portion of the oxide semiconductor layer that is masked by the gate electrode.
なお、上記構成において、トランジスタのチャネル長Lは、10nm以上10μm以下
、例えば、0.1μm~0.5μmとすることができる。もちろん、チャネル長Lは、1
0μm以上であっても構わない。また、チャネル幅Wについても、10μm以上とするこ
とができる。
Note that in the above structure, the channel length L of the transistor can be 10 nm or more and 10 μm or less, for example, 0.1 μm to 0.5 μm. Of course, the channel length L is 1
It may be 0 μm or more. Also, the channel width W can be set to 10 μm or more.
本発明の一態様により、酸化物半導体層のチャネル領域に接する絶縁層として加熱によ
り酸素を放出する絶縁層を設け、酸化物半導体層のソース領域及びドレイン領域に接する
絶縁層として酸素放出量がチャネル領域に接する絶縁層より少ない絶縁層を設けることで
、オフ電流が小さく、しきい値電圧のばらつきが少なく、オン電流が大きい、安定した電
気特性を有するトランジスタが提供される。
According to one embodiment of the present invention, an insulating layer that releases oxygen by heating is provided as an insulating layer in contact with a channel region of an oxide semiconductor layer, and an insulating layer that is in contact with a source region and a drain region of an oxide semiconductor layer releases oxygen from the channel. By providing an insulating layer whose number is smaller than that of the insulating layer in contact with the region, a transistor with small off-state current, small variation in threshold voltage, large on-state current, and stable electrical characteristics can be provided.
または、本発明の一態様により、電気特性が良好で信頼性の高いトランジスタを有する
半導体装置が提供される。
Alternatively, one embodiment of the present invention provides a semiconductor device including a transistor with favorable electrical characteristics and high reliability.
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明
は以下の説明に限定されず、その形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれ
ば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈さ
れるものではない。なお、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す
符号は異なる図面間でも共通して用いる。なお、同様のものを指す際にはハッチパターン
を同じくし、特に符号を付さない場合がある。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. However, those skilled in the art will easily understand that the present invention is not limited to the following description, and that the forms and details thereof can be variously changed. Moreover, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments shown below. In describing the configuration of the invention with reference to the drawings, the same reference numerals are commonly used between different drawings. When referring to similar items, the same hatch pattern may be used and no particular reference numerals may be attached.
なお、第1、第2として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順または積層
順を示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の
名称を示すものではない。
Note that the ordinal numbers given as first and second are used for convenience and do not indicate the order of steps or the order of stacking. Moreover, in this specification, specific names are not shown as matters for specifying the invention.
(実施の形態1)
本実施の形態では、半導体装置及び半導体装置の作製方法の一形態を、図1乃至図5を
用いて説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, one mode of a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device will be described with reference to FIGS.
図1には、本発明の一態様の半導体装置の例として、トップゲート型の一形態であるコ
プラナー型のトランジスタ155の断面図を示す。
FIG. 1 illustrates a cross-sectional view of a
図1(A)に示すトランジスタ155は、基板100上の、絶縁層103、酸化物半導
体層106、ゲート絶縁層112、ゲート電極114を含む。絶縁層103は第1の領域
101及び第2の領域102を有する。トランジスタ155は、酸化物半導体層106中
にチャネル領域126、ソース領域122a及びドレイン領域122bを有する。チャネ
ル領域126、ソース領域122a及びドレイン領域122bは、同一層中に設けられて
いる。
A
酸化物半導体層106は、第1の領域101及び第2の領域102に接して設けられて
おり、酸化物半導体層106のチャネル領域126は第1の領域101に接して設けられ
、酸化物半導体層106のソース領域122a及びドレイン領域122bは第2の領域1
02に接して設けられている。ゲート絶縁層112は酸化物半導体層106に接して設け
られ、ゲート電極114はゲート絶縁層112に接して設けられている。ゲート電極11
4上には層間絶縁層124が設けられている。そして、ソース領域122a及びドレイン
領域122bには、層間絶縁層124を介して、それぞれ配線108a及び配線108b
が電気的に接続されている。配線108a及び配線108bは、ソース電極及びドレイン
電極として機能する。なお、図1(A)では、ゲート絶縁層112とゲート電極114と
の幅が同様であるように記載されているが、これに限定されるものではない。図1(B)
に示すようにゲート絶縁層112に代えてゲート絶縁層113が、絶縁層103及び酸化
物半導体層106上に設けられていても構わない。なお、ゲート絶縁層113は、ゲート
絶縁膜112と同様の方法及び同様の材料で形成すればよく、本明細書中のゲート絶縁層
112を適宜ゲート絶縁膜113と置き換えることができる。
The
02. The
4, an
are electrically connected. The
3 , the
第1の領域101の材料には、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウムま
たはこれらの混合材料などを用いればよい。第1の領域101は加熱により酸素を放出す
ることを特徴とする。「加熱により酸素を放出する」とは、TDS(Thermal D
esorption Spectroscopy:昇温脱離ガス分光法)分析にて、酸素
原子に換算しての酸素の放出量が1×1018atoms/cm3以上、好ましくは3×
1020atoms/cm3以上であることをいう。または、第1の領域101の材料に
は、酸素が過剰な酸化シリコン(SiOX(X>2))を用いてもよい。酸素が過剰な酸
化シリコン(SiOX(X>2))とは、シリコン原子数の2倍より多い酸素原子を単位
体積当たりに含むものである。単位体積当たりのシリコン原子数及び酸素原子数は、ラザ
フォード後方散乱法により測定した値である。
As a material for the
In esorption Spectroscopy (thermal desorption spectroscopy) analysis, the amount of oxygen released in terms of oxygen atoms is 1 × 10 18 atoms / cm 3 or more, preferably 3 ×
It means 10 20 atoms/cm 3 or more. Alternatively, oxygen-excess silicon oxide (SiO X (X>2)) may be used as the material of the
第2の領域102の材料には、酸化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化
窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用い
ればよい。第2の領域102は酸素放出量が第1の領域101より少ない絶縁層であるこ
とを特徴とする。なお、第1の領域101と第2の領域102とで、構成元素が同じ材料
または構成元素の二つ以上が同じ材料を用いてもよいし、構成元素の異なる材料を用いて
もよい。第1の領域101と第2の領域102とで構成元素が同じ材料または構成元素の
二つ以上が同じ材料を用いる場合は、第2の領域102の材料として、単位体積当たりの
酸素原子数が第1の領域101より少ない材料を用いてもよい。例えば、第1の領域10
1の材料には、シリコン原子数の2倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含む酸化シリ
コン(SiOX(X>2))を用い、第2の領域102の材料には、単位体積当たりの酸
素原子数が第1の領域101より少ない酸化シリコン(SiOX(X≦2))を用いても
よい。または、第2の領域102の材料には、単位体積当たりの酸素原子数が第1の領域
101より少ない酸化窒化シリコンを用いてもよい。また、第2の領域102の材料には
アクリル樹脂、ポリイミド、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂などの
湿式法で形成可能な有機絶縁材料を用いてもよい。また上記有機絶縁材料の他に、低誘電
率材料(low-k材料)、シロキサン系樹脂、PSG(リンガラス)、BPSG(リン
ボロンガラス)などの湿式法で形成可能な無機絶縁材料を用いてもよい。また、第2の領
域102は、第1の領域101よりも任意の温度(例えば100℃から650℃の範囲)
における酸素の拡散係数が低いことが好ましい。このようにすることで、第1の領域10
1で放出された酸素が第2の領域102に拡散していく量を低減することができる。
As a material for the
Silicon oxide (SiO x (X>2)) containing more oxygen atoms per unit volume than twice the number of silicon atoms is used as the material of 1 , and the material of the
It is preferable that the diffusion coefficient of oxygen in is low. By doing so, the first region 10
The amount of oxygen released in 1 that diffuses into the
また、第1の領域101及び第2の領域102を有する絶縁層103には、前述の材料
と酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウ
ム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウムまたはこれらの混合材料などを積層して用
いてもよい。絶縁層103を積層構造で形成する場合、酸化物半導体層106と接する側
を、前述の第1の領域101の材料及び第2の領域102の材料とするとよい。なお、絶
縁層103はトランジスタ155の下地層として機能する。
Further, the insulating
酸化物半導体層106に用いる材料としては、四元系金属酸化物であるIn-Sn-G
a-Zn-O系の材料や、三元系金属酸化物であるIn-Ga-Zn-O系の材料、In
-Sn-Zn-O系の材料、In-Al-Zn-O系の材料、Sn-Ga-Zn-O系の
材料、Al-Ga-Zn-O系の材料、Sn-Al-Zn-O系の材料や、二元系金属酸
化物であるIn-Zn-O系の材料、Sn-Zn-O系の材料、Al-Zn-O系の材料
、Zn-Mg-O系の材料、Sn-Mg-O系の材料、In-Mg-O系の材料、In-
Ga-O系の材料や、In-O系の材料、Sn-O系の材料、Zn-O系の材料などを用
いることができる。また、上記の材料に酸化シリコンを含ませてもよい。ここで、例えば
、In-Ga-Zn-O系の材料とは、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(
Zn)を有する酸化物層、という意味であり、その組成比は特に問わない。また、Inと
GaとZn以外の元素を含んでいてもよい。
As a material used for the
a-Zn-O-based materials, In-Ga-Zn-O-based materials that are ternary metal oxides, In
-Sn--Zn--O based materials, In--Al--Zn--O based materials, Sn--Ga--Zn--O based materials, Al--Ga--Zn--O based materials, Sn--Al--Zn--O system materials, binary metal oxides such as In--Zn--O-based materials, Sn--Zn--O-based materials, Al--Zn--O-based materials, Zn--Mg--O-based materials, and Sn -Mg-O-based material, In-Mg-O-based material, In-
Ga--O-based materials, In--O-based materials, Sn--O-based materials, Zn--O-based materials, and the like can be used. Further, silicon oxide may be included in the above materials. Here, for example, In--Ga--Zn--O based materials include indium (In), gallium (Ga), zinc (
Zn), and the composition ratio thereof is not particularly limited. In addition, elements other than In, Ga, and Zn may be included.
酸化物半導体層106としてIn-Zn-O系の材料を用いる場合、原子数比で、In
/Zn=0.5以上50以下、好ましくはIn/Zn=1以上20以下、さらに好ましく
はIn/Zn=1.5以上15以下とする。Znの原子数比を前述の範囲とすることで、
トランジスタの電界効果移動度を向上させることができる。ここで、化合物の原子数比が
In:Zn:O=X:Y:Zのとき、Z>1.5X+Yとすると好ましい。
When an In—Zn—O-based material is used for the
/Zn=0.5 to 50, preferably In/Zn=1 to 20, more preferably In/Zn=1.5 to 15. By setting the atomic number ratio of Zn within the above range,
The field effect mobility of the transistor can be improved. Here, when the atomic ratio of the compound is In:Zn:O=X:Y:Z, it is preferable to satisfy Z>1.5X+Y.
また、酸化物半導体層106は、化学式InMO3(ZnO)m(m>0)で表記され
る材料を用いた薄膜により形成することができる。ここで、Mは、Ga、Al、Mn及び
Coから選ばれた一または複数の金属元素を示す。例えば、Mとして、Ga、Ga及びA
l、Ga及びMnまたはGa及びCoなどを用いることができる。
Alternatively, the
1, Ga and Mn or Ga and Co and the like can be used.
チャネル領域126と第1の領域101とが接することで、第1の領域101とチャネ
ル領域126との界面準位密度及びチャネル領域126中の酸素欠損を低減することがで
きる。
この結果、半導体装置の動作などに起因して生じうる電荷などが、第1の領域101とチ
ャネル領域126との界面に捕獲されることを十分に抑制することができる。
Since the
As a result, it is possible to sufficiently suppress trapping of charges and the like that may be generated due to the operation of the semiconductor device at the interface between the
さらに、チャネル領域126の酸素欠損に起因して電荷が生じる場合がある。一般にチ
ャネル領域中の酸素欠損は、一部がドナーとなりキャリアである電子を生じる。この結果
、トランジスタのしきい値電圧がマイナス方向にシフトしてしまう。チャネル領域126
に接する絶縁層である第1の領域101からチャネル領域126に酸素が十分に放出され
ることにより、しきい値電圧がマイナス方向へシフトする要因であるチャネル領域126
中の酸素欠損を補うことができる。
In addition, charges may be generated due to oxygen vacancies in
Oxygen is sufficiently released from the
It can make up for the oxygen deficiency inside.
即ち、チャネル領域126に酸素欠損が生じると、チャネル領域126に接する絶縁層
である第1の領域101とチャネル領域126との界面における電荷の捕獲を抑制するの
が困難になるが、第1の領域101として加熱により酸素を放出する絶縁層を設けること
により、チャネル領域126と第1の領域101との界面準位密度、及びチャネル領域1
26の酸素欠損を低減し、チャネル領域126と第1の領域101との界面における電荷
の捕獲の影響を小さくすることができる。
That is, when oxygen vacancies occur in the
26 can be reduced, and the effect of charge trapping at the interface between the
また、ソース領域122a及びドレイン領域122bと、酸素放出量が第1の領域10
1より少ない第2の領域102とが接することで、ソース領域122a及びドレイン領域
122bには酸素が供給されないようにしている。これは、酸化物半導体層において、酸
素欠損の一部はキャリアである電子の発生源となることに起因する。つまり、酸素が供給
されることによって酸素欠損が低減し、ソース領域122a及びドレイン領域122bが
高抵抗化することを抑制するという技術的思想に基づく。例えば、ソース領域122a及
びドレイン領域122bに接する第2の領域102として、TDS分析にて酸素の放出量
が1×1018atoms/cm3未満である絶縁層を用いることができる。
In addition, the
The contact with less than one
上述した酸化物半導体層のチャネル領域126の界面における電荷の捕獲を抑制し、か
つソース領域122a及びドレイン領域122bの高抵抗化を抑制する効果により、仮に
ソース領域122a及びドレイン領域122bが高抵抗化することで、ソース領域122
a及びドレイン領域122bを流れる電流の低下が寄与してトランジスタ155のオン電
流の低下が起こるといった不具合を抑制することができる。また、酸化物半導体を用いた
トランジスタ155のオフ電流の増加、しきい値電圧の変動などの不具合を抑制すること
ができる。加えて半導体装置の信頼性を向上させることができる。
Due to the effect of suppressing charge trapping at the interface of the
It is possible to suppress the problem that the on-state current of the
ゲート絶縁層112は、第1の領域101と同様の構成(例えば同様の材料)としても
よい。即ち、ゲート絶縁層112は、加熱により酸素を放出する絶縁層としてもよい。ま
たは、トランジスタのゲート絶縁層として機能することを考慮して、酸化ハフニウムや酸
化アルミニウムなどの比誘電率が高い材料を採用してもよい。また、ゲート耐圧や酸化物
半導体との界面状態などを考慮し、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコンに酸
化ハフニウムや酸化アルミニウムなどの比誘電率の高い材料を積層してもよい。
The
ゲート電極114は、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、
銅、ネオジム、スカンジウムなどの金属材料、これらの窒化物、またはこれらを主成分と
する合金材料を用いて形成することができる。なお、ゲート電極114は、単層構造とし
てもよいし、積層構造としてもよい。
The
It can be formed using metal materials such as copper, neodymium, and scandium, nitrides thereof, or alloy materials containing these as main components. Note that the
トランジスタ155上には、さらに層間絶縁層124が設けられていてもよい。層間絶
縁層124は、第2の領域102と同様の構成(例えば同様の材料)としてもよい。また
、配線108aや配線108bを電気的に接続させるために、層間絶縁層124には開口
部が形成されていてもよい。
An interlayer insulating
配線108a及び配線108bに用いる導電層としては、例えば、Al、Cr、Cu、
Ta、Ti、Mo、Wから選ばれた元素を含む金属層または上述した元素を成分とする金
属窒化物層(窒化チタン層、窒化モリブデン層、窒化タングステン層)などを用いること
ができる。また、Al、Cuなどの金属層の下側または上側の一方または双方にTi、M
o、Wなどの高融点金属層またはこれらの金属窒化物層(窒化チタン層、窒化モリブデン
層、窒化タングステン層)を積層させた構成を用いてもよい。
Examples of conductive layers used for the
A metal layer containing an element selected from Ta, Ti, Mo, and W, or a metal nitride layer (titanium nitride layer, molybdenum nitride layer, tungsten nitride layer) containing the above elements as components can be used. In addition, Ti, M is added to one or both of the lower side and the upper side of the metal layer such as Al and Cu.
A structure in which refractory metal layers such as o and W or metal nitride layers thereof (titanium nitride layer, molybdenum nitride layer, tungsten nitride layer) are laminated may be used.
また、トランジスタ155は酸化物半導体層106の下方に、第2のゲート電極を有し
ていてもよい。なお、酸化物半導体層106は島状に加工されていることが好ましいが、
島状に加工されていなくてもよい。
Further, the
It does not have to be processed into an island shape.
以下、図2乃至図5を用いて、図1(A)に示すトランジスタ155の作製工程の例に
ついて説明する。
An example of a manufacturing process of the
まず、図2(A)乃至図2(D)及び図3(A)乃至図3(D)を用いて、図1(A)
に示すトランジスタ155の作製工程の一例について説明する。
First, using FIGS. 2(A) to 2(D) and FIGS. 3(A) to 3(D), FIG.
An example of a manufacturing process of the
基板100上に第1の絶縁層131を形成し(図2(A)参照。)、第1の絶縁層13
1をフォトリソグラフィなどの方法を用いて加工して島状の第1の領域101を形成する
(図2(B)参照。)。第1の領域101の形成時に用いるフォトマスクは、ゲート電極
形成時に用いるフォトマスクと同じものを用いることができる。第1の領域101は加熱
により酸素を放出することを特徴とする。または、第1の領域101の材料には、酸素が
過剰な酸化シリコン(SiOX(X>2))を用いてもよい。
A first insulating
1 is processed by a method such as photolithography to form an island-shaped first region 101 (see FIG. 2B). As a photomask used for forming the
基板100の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度
の耐熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サ
ファイア基板などを、基板100として用いることができる。また、シリコンや炭化シリ
コンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半
導体基板、SOI基板などを適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が
設けられたものを、基板100として用いてもよい。
There is no particular limitation on the material of the
また、基板100として、可撓性基板を用いてもよい。可撓性基板上にトランジスタを
設ける場合、可撓性基板上に直接トランジスタを作り込んでもよいし、他の基板にトラン
ジスタを形成した後、これを剥離し、基板100である可撓性基板に転置してもよい。な
お、トランジスタを剥離し、可撓性基板に転置するためには、上記他の基板とトランジス
タとの間に剥離層を形成するとよい。
Alternatively, a flexible substrate may be used as the
第1の領域101となる第1の絶縁層131の形成方法は、例えば、プラズマCVD法
やスパッタリング法などを用いることができる。加熱により酸素を放出する絶縁層の形成
にはスパッタリング法を用いることが好ましい。
As a method for forming the first insulating
スパッタリング法を用いて、加熱により酸素を放出する絶縁層を形成するには、成膜ガ
スとして、酸素または、酸素と希ガス(アルゴンなど)の混合ガスを用いる場合、酸素と
希ガスの混合割合を、酸素の割合を高めて形成するとよい。例えば、全ガス中の酸素の濃
度を6%以上100%未満にするとよい。
When oxygen or a mixed gas of oxygen and a rare gas (such as argon) is used as a deposition gas to form an insulating layer that releases oxygen by heating by a sputtering method, the mixture ratio of oxygen and the rare gas is is preferably formed with an increased proportion of oxygen. For example, the concentration of oxygen in the total gas should be 6% or more and less than 100%.
第1の領域101となる第1の絶縁層131の材料には、酸化シリコン、酸化窒化シリ
コン、酸化アルミニウムまたはこれらの混合材料などを用いればよい。
Silicon oxide, silicon oxynitride, aluminum oxide, a mixed material thereof, or the like may be used as a material for the first insulating
例えば、第1の絶縁層131として、石英(好ましくは合成石英)をターゲットに用い
、基板温度30℃以上450℃以下(好ましくは70℃以上200℃以下)、成膜ガスと
して酸素または、酸素及びアルゴンを用い、成膜ガス中のO2/(O2+Ar)割合を1
%以上100%以下(好ましくは6%以上100%以下)として、RFスパッタリング法
により酸化シリコンを形成する。
For example, for the first insulating
% to 100% (preferably 6% to 100%), silicon oxide is formed by an RF sputtering method.
第1の絶縁層131及び第1の領域101の膜厚は、好ましくは50nm以上、より好
ましくは200nm以上とする。第1の絶縁層131及び第1の領域101を厚く形成す
ることにより、第1の領域101からの酸素放出量を増加することができる。
The thicknesses of the first insulating
次に、基板100及び第1の領域101上に、第2の絶縁層132を形成する(図2(
C)参照。)。その後、第1の領域101の表面が露出するまで第2の絶縁層132を加
工して、第1の領域101に接する第2の領域102を有する絶縁層103を形成する(
図2(D)参照。)。第2の領域102は酸素放出量が第1の領域101より少ない絶縁
層であることを特徴とする。なお、第2の絶縁層132を加工する際に、同時に第1の領
域101の表面が加工され、第1の領域101の一部が除去されてもよい。
Next, a second insulating
C) See. ). After that, the second insulating
See FIG. 2(D). ). The
第2の絶縁層132の形成方法は、例えば、プラズマCVD法やスパッタリング法など
を用いることができる。
As a method for forming the second insulating
第2の絶縁層132の材料には、酸化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸
化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用
いればよい。
As a material for the second insulating
例えば、第2の絶縁層132として、プラズマCVD法により窒化シリコンを形成する
。または、第2の絶縁層132として、プラズマCVD法により酸化シリコンを形成して
もよい。
For example, silicon nitride is formed as the second insulating
上記工程を経たのち、第1の領域101の表面及び第2の領域102の表面が揃ってい
ることが好ましい。例えば、第1の領域101の表面が露出するまで、第2の絶縁層13
2をCMP(化学的機械的研磨)などの研磨処理またはエッチング処理することで、第1
の領域101に接する第2の領域102を有し、かつ、第1の領域101の表面及び第2
の領域102の表面が揃った絶縁層103を形成することができる。第1の領域101の
表面及び第2の領域102の表面を揃えることで、その上に形成する酸化物半導体層の段
切れを防止することができる。この効果は酸化物半導体層が薄いときに顕著である。酸化
物半導体層の段切れを防止することにより、ソース領域及びドレイン領域の段切れを防止
することができ、オン電流の低下を抑制することができる。さらに、酸化物半導体層の上
に形成するゲート絶縁層の段切れを防止することができる。ゲート絶縁層の段切れを防止
することにより、リーク電流の増大や破壊耐圧の低下を抑制することができる。
It is preferable that the surface of the
2 is subjected to a polishing treatment such as CMP (chemical mechanical polishing) or an etching treatment, so that the first
has a
Insulating
なお、第2の領域102の膜厚、即ち絶縁層103の膜厚は、第1の絶縁層131及び
第1の領域101の膜厚と同様とする。具体的には、第2の領域102の膜厚、即ち絶縁
層103の膜厚は、好ましくは50nm以上、より好ましくは200nm以上とする。た
だし、研磨処理またはエッチング処理を行うことで、第1の絶縁層131の膜厚は、形成
時の膜厚よりも薄くなっている場合がある。
Note that the film thickness of the
また、第1の領域101及び第2の領域102を有する絶縁層103には、前述の材料
と酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウ
ム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウムまたはこれらの混合材料などを積層して用
いてもよい。絶縁層103を積層構造で形成する場合、酸化物半導体層106と接する側
を、前述の第1の領域101の材料及び第2の領域102の材料とするとよい。なお、絶
縁層103はトランジスタ155の下地層として機能する。
Further, the insulating
なお、ここでは第1の領域101を形成した後に第2の領域102を形成する例を示し
たが、第1の領域101及び第2の領域102の形成順序を逆にし、第2の領域102を
形成した後に第1の領域101を形成してもよい。その場合には、選択的に第2の領域1
02を形成した後、全面に第1の絶縁層131を形成し、第2の領域102の表面が露出
するまで第1の絶縁層131を研磨処理またはエッチング処理することで、第1の領域1
01に接する第2の領域102を有する絶縁層103を形成することができる。
Although an example in which the
02, a first insulating
An insulating
次に、絶縁層103上に、酸化物半導体層を形成し、当該酸化物半導体層を加工して島
状の酸化物半導体層106を形成する(図3(A)参照。)。酸化物半導体層106は、
第1の領域101及び第2の領域102に接して形成される。
Next, an oxide semiconductor layer is formed over the insulating
It is formed in contact with the
酸化物半導体層106は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、パルスレーザ堆積
法、CVD法などを用いて形成することができる。また、酸化物半導体層106の厚さは
、3nm以上50nm以下とすることが好ましい。酸化物半導体層106を厚くしすぎる
と(例えば、厚さを100nm以上)、短チャネル効果の影響が大きくなり、サイズの小
さなトランジスタでノーマリーオンになるおそれがあるためである。ここで、「ノーマリ
ーオン」とは、ゲート電極に電圧を印加しなくてもチャネルが存在し、トランジスタに電
流が流れてしまう状態のことである。
The
本実施の形態では、酸化物半導体層106を、In-Ga-Zn-O系の酸化物ターゲ
ットを用いたスパッタリング法により形成する。
In this embodiment, the
In-Ga-Zn-O系の酸化物ターゲットとしては、例えば、組成比として、In2
O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1[mol数比]の酸化物ターゲットを用いること
ができる。なお、ターゲットの材料及び組成を上述したものに限定する必要はない。例え
ば、In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:2[mol数比]の組成比の酸化物ター
ゲットを用いることもできる。
As an In—Ga—Zn—O-based oxide target, for example, In 2
An oxide target of O 3 :Ga 2 O 3 :ZnO=1:1:1 [molar ratio] can be used. Note that the material and composition of the target need not be limited to those described above. For example, an oxide target having a composition ratio of In 2 O 3 :Ga 2 O 3 :ZnO=1:1:2 [molar ratio] can also be used.
酸化物ターゲットの相対密度は、90%以上100%以下、好ましくは95%以上10
0%以下とする。相対密度の高い金属酸化物ターゲットを用いることにより、成膜した酸
化物半導体層を緻密な層とすることができるためである。
The relative density of the oxide target is 90% to 100%, preferably 95% to 10%.
0% or less. This is because a dense oxide semiconductor layer can be formed by using a metal oxide target with a high relative density.
成膜の雰囲気は、希ガス(代表的にはアルゴン)雰囲気下、酸素雰囲気下または希ガス
と酸素の混合雰囲気下などとすればよい。また、酸化物半導体層への水素、水、水酸基、
水素化物などの混入を防ぐために、水素、水、水酸基、水素化物などの不純物が十分に除
去された高純度ガスを用いた雰囲気とすることが好ましい。
The film formation atmosphere may be a rare gas (typically argon) atmosphere, an oxygen atmosphere, or a mixed atmosphere of a rare gas and oxygen. In addition, hydrogen, water, hydroxyl group,
In order to prevent hydrides and the like from being mixed, it is preferable to use an atmosphere using a high-purity gas from which impurities such as hydrogen, water, hydroxyl groups, and hydrides are sufficiently removed.
例えば、酸化物半導体層106は、次のように形成することができる。
For example, the
成膜条件の一例として、基板とターゲットの間との距離を60mm、圧力を0.4Pa
、直流(DC)電源を0.5kW、成膜雰囲気をアルゴンと酸素の混合雰囲気(酸素流量
比率33%)とすることができる。なお、パルスDCスパッタリング法を用いると、成膜
時に発生する粉状物質(パーティクル、ごみともいう)が軽減でき、厚さの分布も均一と
なるため好ましい。
As an example of film formation conditions, the distance between the substrate and the target is 60 mm, and the pressure is 0.4 Pa.
, a direct current (DC) power supply of 0.5 kW, and a film forming atmosphere of argon and oxygen mixed atmosphere (oxygen flow rate ratio of 33%). Note that a pulsed DC sputtering method is preferable because powdery substances (also referred to as particles or dust) generated during film formation can be reduced and the thickness distribution can be uniform.
このとき、基板温度を100℃以上450℃以下、好ましくは150℃以上250℃以
下とすることで第1の領域101から酸素が放出され、酸化物半導体層106の第1の領
域101に接する部分(チャネル領域126となる部分)において酸素欠損を低減するこ
とができ、かつ、酸化物半導体層106と第1の領域101との界面準位密度を低減する
ことができる。
At this time, by setting the substrate temperature to 100° C. to 450° C., preferably 150° C. to 250° C., oxygen is released from the
また、酸化物半導体層106の第1の領域101に接しない部分(ソース領域122a
及びドレイン領域122bとなる部分)については、酸素放出量が第1の領域101より
少ない第2の領域102が接することで、当該部分の酸化物半導体層106の高抵抗化を
抑制することができる。
A portion of the
and the
なお、酸化物半導体層106をスパッタリング法により形成する前には、アルゴンガス
を導入してプラズマを発生させる逆スパッタを行い、形成表面(例えば絶縁層103の表
面)の付着物を除去してもよい。ここで、逆スパッタとは、通常のスパッタリングにおい
ては、スパッタターゲットにイオンを衝突させるところを、逆に、処理表面にイオンを衝
突させることによってその表面を改質する方法のことをいう。処理表面にイオンを衝突さ
せる方法としては、希ガス雰囲気下で処理表面側に高周波電圧を印加して、被処理物付近
にプラズマを生成する方法などがある。なお、希ガス雰囲気に代えて窒素または酸素など
による雰囲気を適用してもよい。
Note that, before the
酸化物半導体層106の加工は、所望の形状のマスクを酸化物半導体層上に形成した後
、当該酸化物半導体層をエッチングすることによって行うことができる。上述のマスクは
、フォトリソグラフィなどの方法を用いて形成することができる。または、インクジェッ
ト法などの方法を用いてマスクを形成してもよい。
The
なお、酸化物半導体層のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでも
よい。もちろん、これらを組み合わせて用いてもよい。
Note that the etching of the oxide semiconductor layer may be either dry etching or wet etching. Of course, these may be used in combination.
その後、酸化物半導体層106に対して、熱処理(第1の熱処理)を行うことが好まし
い。この第1の熱処理によって酸化物半導体層106中の、過剰な水素(水や水酸基を含
む)を除去することができる。第1の熱処理の温度は、100℃以上650℃以下または
基板の歪み点未満、好ましくは250℃以上600℃以下とする。第1の熱処理の雰囲気
は、酸化性ガス雰囲気下、もしくは不活性ガス雰囲気下とする。
After that, heat treatment (first heat treatment) is preferably performed on the
なお、不活性ガスは、窒素または希ガス(ヘリウム、ネオン、アルゴンなど)を主成分
とし、水、水素などが含まれないことが好ましい。例えば、熱処理装置に導入する窒素や
、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどの希ガスの純度を、6N(99.9999%)以上、
好ましくは7N(99.99999%)以上(即ち、不純物濃度が1ppm以下、好まし
くは0.1ppm以下)とする。不活性ガス雰囲気とは、不活性ガスを主成分とする雰囲
気で、反応性ガスが10ppm未満である雰囲気のことである。
Note that the inert gas preferably contains nitrogen or a rare gas (such as helium, neon, or argon) as a main component and does not contain water, hydrogen, or the like. For example, the purity of nitrogen and rare gases such as helium, neon, and argon introduced into the heat treatment apparatus is 6N (99.9999%) or more,
It is preferably 7N (99.99999%) or more (that is, the impurity concentration is 1 ppm or less, preferably 0.1 ppm or less). An inert gas atmosphere is an atmosphere containing an inert gas as a main component and containing less than 10 ppm of a reactive gas.
なお、酸化性ガスは、酸素、オゾンまたは二酸化窒素などであって、水、水素などが含
まれないことが好ましい。例えば、熱処理装置に導入する酸素、オゾン、二酸化窒素の純
度を、6N(99.9999%)以上、好ましくは7N(99.99999%)以上(即
ち、不純物濃度が1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下)とする。酸化性ガス雰囲
気には、酸化性ガスを不活性ガスと混合して用いてもよく、酸化性ガスが少なくとも10
ppm以上含まれるものとする。
The oxidizing gas is oxygen, ozone, nitrogen dioxide, or the like, and preferably does not contain water, hydrogen, or the like. For example, the purity of oxygen, ozone, and nitrogen dioxide introduced into the heat treatment apparatus is 6N (99.9999%) or higher, preferably 7N (99.99999%) or higher (that is, the impurity concentration is 1 ppm or less, preferably 0.1 ppm below). For the oxidizing gas atmosphere, an oxidizing gas may be mixed with an inert gas, and at least 10% of the oxidizing gas may be used.
ppm or higher.
この第1の熱処理によって、第1の領域101から酸素が放出され、第1の領域101
と酸化物半導体層106の第1の領域101に接する部分(チャネル領域126となる部
分)との界面準位密度を低減することができ、かつ、第1の領域101に接する部分の酸
化物半導体層106中の酸素欠損を低減することができる。上記界面準位密度の低減によ
り、BT試験後のしきい値電圧変動を小さくすることができる。また、一般に、酸化物半
導体層中の酸素欠損は一部がドナーとなり、キャリアである電子の発生源となることが知
られている。酸化物半導体層106中に電子が生じることで、トランジスタ155のしき
い値電圧がマイナス方向へシフトし、ノーマリーオンになりやすい。酸化物半導体層10
6中の酸素欠損が埋められることで、しきい値電圧がマイナス方向へシフトする量を低減
できる。
Oxygen is released from the
and the portion of the
By filling the oxygen vacancies in 6, the amount of shift of the threshold voltage in the negative direction can be reduced.
また、酸化物半導体層106の第1の領域101に接しない部分(ソース領域122a
及びドレイン領域122bとなる部分)については、酸素放出量が第1の領域101より
少ない第2の領域102が接することで、当該部分の酸化物半導体層106の高抵抗化を
抑制することができる。
A portion of the
and the
熱処理は、例えば、抵抗発熱体などを用いた電気炉に被処理物を導入し、窒素雰囲気下
で、350℃、1時間の条件で行うことができる。この間、酸化物半導体層は大気に触れ
させず、水や水素の混入が生じないようにする。
The heat treatment can be performed, for example, by introducing the object to be treated into an electric furnace using a resistance heating element or the like, and performing the conditions at 350° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. During this time, the oxide semiconductor layer is not exposed to the air so that water and hydrogen are not mixed.
熱処理装置は電気炉に限られず、加熱されたガスなどの媒体からの熱伝導または熱輻射
によって、被処理物を加熱する装置を用いてもよい。例えば、GRTA(Gas Rap
id Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp Rapid The
rmal Anneal)装置などのRTA(Rapid Thermal Annea
l)装置を用いることができる。LRTA装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドラン
プ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ラ
ンプなどのランプから発する光(電磁波)の輻射により、被処理物を加熱する装置である
。GRTA装置は、高温のガスを用いて熱処理を行う装置である。ガスとしては、アルゴ
ンなどの希ガスまたは窒素のような、熱処理によって被処理物と反応しない不活性ガスが
用いられる。
The heat treatment apparatus is not limited to an electric furnace, and an apparatus that heats an object to be treated by heat conduction or heat radiation from a medium such as heated gas may be used. For example, GRTA (Gas Rap
id Thermal Anneal) device, LRTA (Lamp Rapid The
RTA (Rapid Thermal Anneal) equipment such as
l) the device can be used; An LRTA apparatus is an apparatus that heats an object by radiation of light (electromagnetic waves) emitted from lamps such as halogen lamps, metal halide lamps, xenon arc lamps, carbon arc lamps, high pressure sodium lamps, and high pressure mercury lamps. The GRTA apparatus is an apparatus that performs heat treatment using high-temperature gas. As the gas, a rare gas such as argon or an inert gas such as nitrogen that does not react with the object to be processed by heat treatment is used.
例えば、第1の熱処理として、熱せられた不活性ガス雰囲気中に被処理物を投入し、数
分間熱した後、当該不活性ガス雰囲気から被処理物を取り出すGRTA処理を行ってもよ
い。GRTA処理を用いると短時間での高温熱処理が可能となる。また、被処理物の耐熱
温度を超える温度条件であっても適用が可能となる。なお、処理中に、不活性ガス雰囲気
を、酸化性ガスを含む雰囲気に切り替えてもよい。酸化性ガスを含む雰囲気において第1
の熱処理を行うことで、酸化物半導体層106中の酸素欠損を埋めることができるととも
に、酸素欠損に起因するエネルギーギャップ中の欠陥準位を低減することができるためで
ある。
For example, as the first heat treatment, a GRTA treatment may be performed in which an object to be processed is placed in a heated inert gas atmosphere, heated for several minutes, and then removed from the inert gas atmosphere. The use of the GRTA treatment enables high-temperature heat treatment in a short period of time. In addition, it can be applied even under temperature conditions exceeding the heat resistance temperature of the object to be processed. Note that the inert gas atmosphere may be switched to an atmosphere containing an oxidizing gas during the treatment. In an atmosphere containing an oxidizing gas, the first
This is because the heat treatment can fill oxygen vacancies in the
ところで、上述の熱処理(第1の熱処理)には水素や水などを除去する効果があるため
、当該熱処理を、脱水化処理や、脱水素化処理などと呼ぶこともできる。また、絶縁層や
熱処理雰囲気などから酸素を供給する効果があることから、加酸素化処理と呼ぶこともで
きる。当該脱水化処理、脱水素化処理、加酸素化処理は、例えば、酸化物半導体層を島状
に加工した後などのタイミングにおいて行うことが可能である。また、このような脱水化
処理、脱水素化処理、加酸素化処理は、一回に限らず複数回行ってもよい。
By the way, since the heat treatment described above (the first heat treatment) has the effect of removing hydrogen, water, and the like, the heat treatment can also be called a dehydration treatment, a dehydrogenation treatment, or the like. In addition, since there is an effect of supplying oxygen from an insulating layer, a heat treatment atmosphere, or the like, this treatment can also be referred to as oxygenation treatment. The dehydration treatment, dehydrogenation treatment, and oxygenation treatment can be performed, for example, after the oxide semiconductor layer is processed into an island shape. Moreover, such dehydration treatment, dehydrogenation treatment, and oxygenation treatment may be performed not only once but also multiple times.
なお、ここでは、酸化物半導体層106を島状に加工した後に、第1の熱処理を行う構
成について説明したが、これに限定されず、第1の熱処理を行った後に、酸化物半導体層
106を加工してもよい。
Note that although the structure in which the first heat treatment is performed after the
次に、酸化物半導体層106に接して絶縁層を形成し、当該絶縁層に接して導電層を形
成し、フォトリソグラフィにより絶縁層及び導電層を同様のパターンに加工してゲート絶
縁層112及びゲート電極114を形成する(図3(B)参照。)。即ち、ゲート電極1
14とゲート絶縁層112は同一のマスクを使用して加工することができる。あるいは、
ゲート電極114を加工し、その後、ゲート電極114をマスクにしてゲート絶縁層11
2を加工してもよい。
Next, an insulating layer is formed in contact with the
14 and the
The
2 can be processed.
ゲート絶縁層112は、第1の領域101と同様の構成(例えば同様の材料)としても
よい。または、トランジスタのゲート絶縁層として機能することを考慮して、酸化ハフニ
ウムや酸化アルミニウムなどの比誘電率が高い材料を採用してもよい。また、ゲート耐圧
や酸化物半導体との界面状態などを考慮し、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリ
コンに酸化ハフニウムや酸化アルミニウムなどの比誘電率の高い材料を積層してもよい。
ゲート絶縁層112の合計の膜厚は、好ましくは1nm以上300nm以下、より好まし
くは5nm以上50nm以下とする。ゲート絶縁層が厚いほど短チャネル効果が顕著とな
り、しきい値電圧がマイナス側へシフトしやすい傾向となる。また、ゲート絶縁層が5n
m以下となるとトンネル電流によるリークが増大することがわかっている。
The
The total thickness of the
It is known that leakage due to tunnel current increases when the distance is m or less.
ゲート絶縁層112の形成後には、第2の熱処理を行うのが好ましい。第2の熱処理の
温度は、100℃以上650℃以下または基板の歪み点未満、好ましくは250℃以上6
00℃以下または基板の歪み点未満とする。
Second heat treatment is preferably performed after the
00° C. or less or less than the strain point of the substrate.
第2の熱処理は、酸化性ガス雰囲気下または不活性ガス雰囲気下で行えばよいが、雰囲
気中に水、水素などが含まれないことが好ましい。また、熱処理装置に導入するガスの純
度を、6N(99.9999%)以上好ましくは7N(99.99999%)以上(即ち
不純物濃度を1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下)とすることが好ましい。
The second heat treatment may be performed in an oxidizing gas atmosphere or an inert gas atmosphere, but the atmosphere preferably does not contain water, hydrogen, or the like. Further, the purity of the gas introduced into the heat treatment apparatus is preferably 6N (99.9999%) or higher, preferably 7N (99.99999%) or higher (that is, the impurity concentration is 1 ppm or less, preferably 0.1 ppm or less). .
第2の熱処理においては、酸化物半導体層106と、第1の領域101及びゲート絶縁
層112が接した状態で加熱される。したがって、酸化物半導体を構成する主成分材料の
一つである酸素を、酸素を含む第1の領域101及びゲート絶縁層112から酸化物半導
体層106へ供給することができる。これによって、酸化物半導体層106の酸素欠損、
第1の領域101と酸化物半導体層106との界面準位密度及び酸化物半導体層とゲート
絶縁層112との界面準位密度を低減することができる。また、同時にゲート絶縁層11
2中の欠陥も低減することができる。
In the second heat treatment, heating is performed while the
The interface state density between the
2 can also be reduced.
なお、第2の熱処理のタイミングは、ゲート絶縁層112の形成後であれば特に限定さ
れない。また、第2の熱処理を複数回行ってもよい。
Note that the timing of the second heat treatment is not particularly limited as long as it is after the
ゲート電極114は、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、
銅、ネオジム、スカンジウムなどの金属材料、これらの窒化物、またはこれらを主成分と
する合金材料を用いて形成することができる。なお、ゲート電極114は、単層構造とし
てもよいし、積層構造としてもよい。
The
It can be formed using metal materials such as copper, neodymium, and scandium, nitrides thereof, or alloy materials containing these as main components. Note that the
次に、ゲート電極114をマスクに用いて酸化物半導体層106を低抵抗化し、ソース
領域122a及びドレイン領域122bを形成する。低抵抗化されないゲート電極114
下の領域はチャネル領域126となる(図3(C)参照。)。低抵抗化の方法としては、
アルゴンプラズマ処理、水素プラズマ処理またはアンモニアプラズマ処理などが挙げられ
る。このとき、ゲート電極114の幅によってトランジスタのチャネル長Lが決定される
ことになる。このように、ゲート電極114をマスクに用いてパターニングすることで、
ゲート電極114とソース領域122a、ドレイン領域122bの重なりが生じず、この
領域における寄生容量が生じないため、トランジスタ動作を速くすることができる。
Next, the
The lower region becomes the channel region 126 (see FIG. 3C). As a method of low resistance,
Examples include argon plasma treatment, hydrogen plasma treatment, ammonia plasma treatment, and the like. At this time, the width of the
Since the
次に、層間絶縁層124を形成し、ソース領域122a及びドレイン領域122bと重
畳する部分の層間絶縁層124に開口部を設ける。そして、導電層を形成し、当該導電層
を加工して、配線108a及び配線108bを形成する(図3(D)参照。)。
Next, an
配線108a及び配線108bに用いる導電層としては、例えば、Al、Cr、Cu、
Ta、Ti、Mo、Wから選ばれた元素を含む金属層または上述した元素を成分とする金
属窒化物層(窒化チタン層、窒化モリブデン層、窒化タングステン層)などを用いること
ができる。また、Al、Cuなどの金属層の下側または上側の一方または双方にTi、M
o、Wなどの高融点金属層またはこれらの金属窒化物層(窒化チタン層、窒化モリブデン
層、窒化タングステン層)を積層させた構成を用いてもよい。
Examples of conductive layers used for the
A metal layer containing an element selected from Ta, Ti, Mo, and W, or a metal nitride layer (titanium nitride layer, molybdenum nitride layer, tungsten nitride layer) containing the above elements as components can be used. In addition, Ti, M is added to one or both of the lower side and the upper side of the metal layer such as Al and Cu.
A structure in which refractory metal layers such as o and W or metal nitride layers thereof (titanium nitride layer, molybdenum nitride layer, tungsten nitride layer) are laminated may be used.
また、配線108a及び配線108bに用いる導電層は、導電性の金属酸化物で形成し
てもよい。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム(In2O3等)、酸化スズ(S
nO2等)、酸化亜鉛(ZnO等)、酸化インジウム酸化スズ(In2O3―SnO2等
、ITOと略記する)、酸化インジウム酸化亜鉛(In2O3―ZnO等)またはこれら
の金属酸化物材料に酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。
Alternatively, the conductive layer used for the
nO2 , etc.) , zinc oxide ( ZnO, etc.), indium tin oxide ( In2O3--SnO2, etc., abbreviated as ITO), indium zinc oxide ( In2O3--ZnO, etc.), or metal oxides thereof A material containing silicon oxide can be used.
導電層の加工は、レジストマスクを用いたエッチングによって行うことができる。当該
エッチングに用いるレジストマスク形成時の露光には、紫外線やKrFレーザ光やArF
レーザ光などを用いるとよい。
The conductive layer can be processed by etching using a resist mask. UV light, KrF laser light, ArF laser light, and UV light are used for exposure when forming a resist mask used for the etching.
A laser beam or the like may be used.
以上の工程でトランジスタ155が作製される。
Through the above steps, the
次に、図4(A)乃至図4(D)を用いて、絶縁層103の作製工程の一例について説
明する。まず、図2(A)乃至図2(C)と同様の工程により、基板100上に第1の領
域101を形成し、基板100及び第1の領域101上に第2の絶縁層132を形成する
(図4(A)参照。)。次に、第2の絶縁層132上に第3の絶縁層133を形成する(
図4(B)参照。)。第3の絶縁層133には、平坦化絶縁層を用いることができる。例
えば、第3の絶縁層133の材料にはアクリル樹脂、ポリイミド、ベンゾシクロブテン樹
脂、ポリアミド、エポキシ樹脂などの湿式法で形成可能な有機絶縁材料を用いることがで
きる。また上記有機絶縁材料の他に、低誘電率材料(low-k材料)、シロキサン系樹
脂、PSG(リンガラス)、BPSG(リンボロンガラス)などの湿式法で形成可能な無
機絶縁材料を用いることができる。
Next, an example of a manufacturing process of the insulating
See FIG. 4(B). ). A planarization insulating layer can be used for the third insulating
第3の絶縁層133の形成法は、その材料に応じて、スピンコート法、ディッピング法
、スプレー塗布、液滴吐出法(インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷など
)、ロールコーティング、カーテンコーティング、ナイフコーティングなどを用いること
ができる。
The method for forming the third insulating
次に、第3の絶縁層133及び第2の絶縁層132をエッチング処理する。エッチング
処理に用いるエッチャントは、第3の絶縁層133と第2の絶縁層132とのエッチング
選択比が1対1またはその近傍のものを用いる。これにより、第3の絶縁層133と第2
の絶縁層132とのエッチング速度をほぼ同程度とすることができる(図4(C)参照。
)。なお、第3の絶縁層133及び第2の絶縁層132のエッチングは、ドライエッチン
グでもウェットエッチングでもよい。
Next, the third insulating
The etching rate of the insulating
). Note that the etching of the third insulating
そして、第1の領域101の表面が露出するまで第3の絶縁層133及び第2の絶縁層
132をエッチング処理することで、第1の領域101に接する第2の領域102を有し
、かつ、第1の領域101の表面及び第2の領域102の表面が揃った絶縁層103を形
成することができる(図4(D)参照。)。第1の領域101の表面及び第2の領域10
2の表面を揃えることで、その上に形成する酸化物半導体層の段切れを防止することがで
きる。この効果は酸化物半導体層106の膜厚が薄いときに顕著である。酸化物半導体層
106の段切れを防止することにより、ソース領域122a及びドレイン領域122bの
段切れを防止することができ、オン電流の低下を抑制することができる。さらに、酸化物
半導体層106の上に形成するゲート絶縁層112の段切れを防止することができる。ゲ
ート絶縁層112の段切れを防止することにより、リーク電流の増大や破壊耐圧の低下を
抑制することができる。
Then, by etching the third insulating
By aligning the surfaces of 2, the oxide semiconductor layer formed thereon can be prevented from being disconnected. This effect is remarkable when the thickness of the
なお、ここでは第1の領域101を形成した後に第2の領域102を形成する例を示し
たが、第1の領域101及び第2の領域102の形成順序を逆にし、第2の領域102を
形成した後に第1の領域101を形成してもよい。その場合には、選択的に第2の領域1
02を形成した後に、全面に第1の絶縁層131を形成し、第1の絶縁層131上に第3
の絶縁層133を形成する。そして、第2の領域102の表面が露出するまで第3の絶縁
層133及び第1の絶縁層131をエッチング処理することで、第1の領域101に接す
る第2の領域102を有し、かつ、第1の領域101の表面及び第2の領域102の表面
が揃った絶縁層103を形成することができる。この場合も、第3の絶縁層133及び第
1の絶縁層131のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよい。
Although an example in which the
02, a first insulating
of the insulating
また、ここでは第2の絶縁層132と第3の絶縁層133とを形成する例を示したが、
第3の絶縁層133と同じ材料及び同じ方法を用いて第2の絶縁層132を形成すること
で表面が平坦な第2の絶縁層132を形成してもよい。即ち、図5(A)に示すように、
基板100及び第1の領域101上に第3の絶縁層133と同じ材料及び同じ方法を用い
て第2の絶縁層132を形成することで表面が平坦な第2の絶縁層132を形成してもよ
い。表面が平坦な第2の絶縁層132を第1の領域101の表面が露出するまでエッチン
グ処理することで、図5(B)に示すように第2の領域102を形成することができる。
その結果、第1の領域101の表面及び第2の領域102の表面が揃った絶縁層103を
形成することができる。この場合にも、第2の領域102に用いる材料は、酸素放出量が
第1の領域101より少ない絶縁層であることを特徴とする。図5に示す作製方法により
、図4に示す作製方法と比べて絶縁層103を形成するための成膜回数が減り、加工も容
易になる。
Further, although an example of forming the second insulating
The second
A second insulating
As a result, the insulating
その後の工程は、図3(A)乃至図3(D)と同様とすることができる。 Subsequent steps can be the same as those in FIGS.
本実施の形態により、酸化物半導体層106のチャネル領域126に接する絶縁層とし
て加熱により酸素を放出する第1の領域101を設け、酸化物半導体層106のソース領
域122a及びドレイン領域122bに接する絶縁層として酸素放出量が第1の領域10
1より少ない第2の領域102を設けることで、オフ電流が小さく、しきい値電圧のばら
つきが少なく、オン電流が大きい、安定した電気特性を有するトランジスタが提供される
。
According to this embodiment, the
By providing less than 1
または、本実施の形態により、電気特性が良好で信頼性の高いトランジスタを有する半
導体装置が提供される。
Alternatively, according to this embodiment, a semiconductor device including a transistor with favorable electrical characteristics and high reliability is provided.
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと
適宜組み合わせて用いることができる。
The structures, methods, and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with the structures, methods, and the like described in other embodiments.
(実施の形態2)
本実施の形態では、半導体装置の一形態を、図6を用いて説明する。図6には、図1(
A)に示すトランジスタ155とは異なる構成のトランジスタ156の断面構造を示す。
図6に示すトランジスタ156は、図1(A)に示すトランジスタ155において第2の
領域102を設けない構成である。
(Embodiment 2)
In this embodiment, one mode of a semiconductor device will be described with reference to FIGS. Figure 6 shows Figure 1 (
A) shows a cross-sectional structure of a
A
図6に示すトランジスタ156は、基板100上の、第1の絶縁層104、酸化物半導
体層106、ゲート絶縁層112、ゲート電極114を含む。トランジスタ156は、酸
化物半導体層106中にチャネル領域126、ソース領域122a及びドレイン領域12
2bを有する。チャネル領域126、ソース領域122a及びドレイン領域122bは、
同一層中に設けられている。
A
2b.
provided in the same layer.
トランジスタ156下には、第2の絶縁層105が設けられていてもよい。第2の絶縁
層105は、トランジスタ156の下地層として機能する。
A second insulating
基板100または基板100上に設けられた第2の絶縁層105上には、第1の絶縁層
104が選択的に設けられている。第1の絶縁層104上には、酸化物半導体層106が
設けられている。酸化物半導体層106は、基板100または基板100上に設けられた
第2の絶縁層105、及び第1の絶縁層104に接して設けられており、酸化物半導体層
106のチャネル領域126は、第1の絶縁層104に接して設けられ、酸化物半導体層
106のソース領域122a及びドレイン領域122bは、基板100または基板100
上に設けられた第2の絶縁層105に接して設けられている。
A first insulating
It is provided in contact with the second insulating
ゲート絶縁層112は酸化物半導体層106に接して設けられ、ゲート電極114はゲ
ート絶縁層112に接して設けられている。ゲート電極114上には層間絶縁層124が
設けられている。そして、ソース領域122a及びドレイン領域122bには、層間絶縁
層124を介して、それぞれ配線108a及び配線108bが電気的に接続されている。
配線108a及び配線108bは、ソース電極及びドレイン電極として機能する。
The
The
第1の絶縁層104の材料は、実施の形態1に示した第1の領域101の材料と同様の
構成とすることができる。即ち、第1の絶縁層104の材料には、酸化シリコン、酸化窒
化シリコン、酸化アルミニウムまたはこれらの混合材料などを用いればよい。第1の絶縁
層104は加熱により酸素を放出することを特徴とする。「加熱により酸素を放出する」
とは、TDS(Thermal Desorption Spectrocopy:昇温
脱離ガス分光法)分析にて酸素原子に換算しての酸素の放出量が1×1018atoms
/cm3以上、好ましくは3×1020atoms/cm3以上であることを指す。また
は、第1の絶縁層104の材料には、酸素が過剰な酸化シリコン(SiOX(X>2))
を用いてもよい。酸素が過剰な酸化シリコン(SiOX(X>2))とは、シリコン原子
数の2倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含むものである。単位体積当たりのシリコ
ン原子数及び酸素原子数は、ラザフォード後方散乱法により測定した値である。
The material of the first insulating
means that the amount of oxygen released in terms of oxygen atoms is 1×10 18 atoms in TDS (Thermal Desorption Spectrocopy) analysis.
/cm 3 or more, preferably 3×10 20 atoms/cm 3 or more. Alternatively, the material of the first insulating
may be used. Oxygen-excess silicon oxide (SiO x (X>2)) includes more than twice as many oxygen atoms as silicon atoms per unit volume. The number of silicon atoms and the number of oxygen atoms per unit volume are values measured by the Rutherford backscattering method.
第2の絶縁層105を設ける場合には、第2の絶縁層105の材料は、実施の形態1に
示した第2の領域102の材料と同様の構成とすることができる。即ち、第2の絶縁層1
05の材料には、酸化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、
酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムなどを用いればよい。
第2の絶縁層105は酸素放出量が第1の絶縁層104より少ない絶縁層であることを特
徴とする。
In the case where the second insulating
05 includes silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, silicon oxynitride,
Aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxynitride, or the like may be used.
The second
また、第1の絶縁層104及び/または第2の絶縁層105には、前述の材料と酸化シ
リコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化
アルミニウム、酸化窒化アルミニウムまたはこれらの混合材料などを積層して用いてもよ
い。第1の絶縁層104及び/または第2の絶縁層105を積層構造で形成する場合、酸
化物半導体層106と接する側を、前述の第1の絶縁層104または第2の絶縁層105
の材料とするとよい。
In the first insulating
It should be used as a material for
チャネル領域126と第1の絶縁層104とが接することで、第1の絶縁層104とチ
ャネル領域126との界面準位密度及びチャネル領域126中の酸素欠損を低減すること
ができる。上記界面準位密度の低減により、BT試験後にしきい値電圧がマイナス方向に
シフトすることを低減できる。あるいは、キャリアの生成を抑制できるため、ノーマリー
オフの特性が得られる。
Since the
また、ソース領域122a及びドレイン領域122bと、基板100または第2の絶縁
層105とが接することで、ソース領域122a及びドレイン領域122bの高抵抗化を
抑制し、電気特性が良好で信頼性の高いトランジスタ156を有する半導体装置を提供す
ることができる。
In addition, since the
基板100の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度
の耐熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サ
ファイア基板などを、基板100として用いることができる。また、シリコンや炭化シリ
コンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半
導体基板、SOI基板などを適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が
設けられたものを、基板100として用いてもよい。
There is no particular limitation on the material of the
また、基板100として、可撓性基板を用いてもよい。可撓性基板上にトランジスタを
設ける場合、可撓性基板上に直接トランジスタを作り込んでもよいし、他の基板にトラン
ジスタを形成した後、これを剥離し、基板100である可撓性基板に転置してもよい。な
お、トランジスタを剥離し、可撓性基板に転置するためには、上記他の基板とトランジス
タとの間に剥離層を形成するとよい。
Alternatively, a flexible substrate may be used as the
なお、第2の絶縁層105を設けない場合には、基板100として酸素放出量が第1の
絶縁層104より少ない材料からなる基板を用いることが好ましい。例えば、第2の絶縁
層105を設けない場合には、基板100としてガラス基板、セラミック基板、石英基板
、サファイア基板、SOI基板などを用いることが好ましい。
Note that when the second insulating
トランジスタ156の作製工程について説明する。基板100上の全面に第2の絶縁層
105を形成し、第2の絶縁層105上に選択的に第1の絶縁層104を形成する。第1
の絶縁層104は加熱により酸素を放出することを特徴とする。または、第1の絶縁層1
04の材料には、酸素が過剰な酸化シリコン(SiOX(X>2))を用いてもよい。な
お、後で形成する酸化物半導体層106の被覆性を向上させるために、第1の絶縁層10
4の端部は傾斜を有するように形成することが好ましい。また、第1の絶縁層104の形
成時に用いるフォトマスクは、ゲート電極114形成時に用いるフォトマスクと同じもの
を用いることができる。
A manufacturing process of the
The insulating
04 may be oxygen-excess silicon oxide (SiO x (X>2)). Note that in order to improve coverage with the
The ends of 4 are preferably formed so as to have a slope. Further, the same photomask as used for forming the
その後の作製工程は、実施の形態1に示した作製工程と同様とすることができる。 The subsequent manufacturing steps can be the same as the manufacturing steps described in Embodiment Mode 1. FIG.
本実施の形態に示すトランジスタ156は、絶縁層の表面を揃える工程を省くことがで
き、低コストかつ簡便な方法でスループットの高いトランジスタ156を提供することが
できる。
The
本実施の形態により、酸化物半導体層106のチャネル領域126に接する絶縁層とし
て加熱により酸素を放出する第1の絶縁層104を設け、酸化物半導体層106のソース
領域122a及びドレイン領域122bに接する基板または絶縁層として酸素放出量が第
1の絶縁層104より少ない基板100または第2の絶縁層105を設けることで、オフ
電流が小さく、しきい値電圧のばらつきが少なく、オン電流が大きい、安定した電気特性
を有するトランジスタが提供される。
According to this embodiment, the first insulating
または、本実施の形態により、電気特性が良好で信頼性の高いトランジスタを有する半
導体装置が提供される。
Alternatively, according to this embodiment, a semiconductor device including a transistor with favorable electrical characteristics and high reliability is provided.
本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組
み合わせて用いることができる。
The structures, methods, and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with the structures, methods, and the like described in other embodiments.
(実施の形態3)
本実施の形態では、半導体装置の一形態を、図9を用いて説明する。図9(A)には、
トランジスタの上面図を示す。図9(B)には、図9(A)で示す一点鎖線A-Bに対応
する断面構造を示す。
(Embodiment 3)
In this embodiment, one mode of a semiconductor device will be described with reference to FIGS. In FIG. 9(A),
1 shows a top view of a transistor; FIG. FIG. 9B shows a cross-sectional structure corresponding to the dashed-dotted line AB shown in FIG. 9A.
図9(B)に示すトランジスタは、基板100上の、絶縁層103、酸化物半導体層1
36、ゲート絶縁層112、ゲート電極114、側壁絶縁層130、ソース電極116a
、ドレイン電極116bを含む。絶縁層103は第1の領域101及び第2の領域102
を有する。図9(B)に示すトランジスタは、酸化物半導体層136中にチャネル領域1
26、ソース領域122a、ドレイン領域122b、オフセット領域123aおよびオフ
セット領域123bを有する。チャネル領域126、ソース領域122a、ドレイン領域
122b、オフセット領域123aおよびオフセット領域123bは、同一層中に設けら
れている。
The transistor illustrated in FIG. 9B includes the insulating
36,
, including the
have The transistor illustrated in FIG. 9B has a channel region 1 in the
26, a
オフセット領域123a及びオフセット領域123bは、チャネル領域126よりも抵抗
が低く、ソース領域122aおよびドレイン領域122bよりも抵抗が高い領域である。
オフセット領域123aまたはオフセット領域123bの幅はLoffともいい、図9(
A)に示す幅となる。Loffを有することで、トランジスタの短チャネル効果が低減す
るため、短チャネル効果が顕著にあらわれるような微細なトランジスタを用いる場合は、
図9(B)に示す構造(Loff構造ともいう。)が好ましい。また、Loff構造とす
ることで、ホットキャリア劣化などのトランジスタの劣化も低減できる。
The offset
The width of the offset
A) shows the width. The short-channel effect of a transistor is reduced by having Loff.
A structure (also referred to as a Loff structure) shown in FIG. 9B is preferable. Further, with the Loff structure, deterioration of the transistor such as deterioration of hot carriers can be reduced.
酸化物半導体層136は、第1の領域101及び第2の領域102に接して設けられて
おり、酸化物半導体層136のチャネル領域126は第1の領域101に接して設けられ
、酸化物半導体層136のソース領域122a、ドレイン領域122b、オフセット領域
123aおよびオフセット領域123bは第2の領域102に接して設けられている。オ
フセット領域123aおよびオフセット領域123bは、ソース領域122aおよびドレ
イン領域122bよりもチャネル領域126に近い場所に位置する。
The
ゲート絶縁層112はチャネル領域126、オフセット領域123aおよびオフセット領
域123bに接して設けられ、側壁絶縁層130はゲート電極114の周辺に設けられる
。ゲート絶縁層112に接してゲート電極114および側壁絶縁層130が設けられてい
る。ゲート電極114および側壁絶縁層130上には層間絶縁層124が設けられている
。そして、ソース領域122a及びドレイン領域122bに接してソース電極116aお
よびドレイン電極116bがそれぞれ設けられ、ソース電極116aおよびドレイン電極
116bには層間絶縁層124を介して、それぞれ配線108a及び配線108bが電気
的に接続されている。
ソース電極116aおよびドレイン電極116bに用いる導電層としては、例えば、A
l、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、Wから選ばれた元素を含む金属層または上述した元
素を成分とする金属窒化物層(窒化チタン層、窒化モリブデン層、窒化タングステン層)
などを用いることができる。また、Al、Cuなどの金属層の下側または上側の一方また
は双方にTi、Mo、Wなどの高融点金属層またはこれらの金属窒化物層(窒化チタン層
、窒化モリブデン層、窒化タングステン層)を積層させた構成を用いてもよい。
As the conductive layer used for the
A metal layer containing an element selected from l, Cr, Cu, Ta, Ti, Mo, and W, or a metal nitride layer (titanium nitride layer, molybdenum nitride layer, tungsten nitride layer) containing the above elements as a component
etc. can be used. In addition, a high-melting-point metal layer such as Ti, Mo, W or a metal nitride layer thereof (titanium nitride layer, molybdenum nitride layer, tungsten nitride layer) is provided on one or both of the lower side and the upper side of the metal layer such as Al and Cu. may be used.
また、オフセット領域123aおよびオフセット領域123bと、酸素放出量が第1の
領域101より少ない第2の領域102とが接することで、オフセット領域123aおよ
びオフセット領域123bには酸素が供給されないようにしている。
In addition, the offset
オフセット領域123aおよびオフセット領域123bは、特に低抵抗化された領域では
なく、絶縁層103の接する領域によってチャネル領域126と区別される。即ち、オフ
セット領域123aおよびオフセット領域123bは、加熱により酸素を放出する絶縁層
と接していない酸化物半導体層136の領域である。
The offset
本実施の形態に示すトランジスタは、オフセット領域を有することで、さらに良好な電
気特性を有し、かつ信頼性の高いトランジスタを提供することができる。
Since the transistor described in this embodiment has an offset region, a transistor with better electric characteristics and high reliability can be provided.
ただし、必ずしもオフセット領域を設けなくてはならないわけではない。例えば、図9(
C)に示すトランジスタは、オフセット領域の設けられていない点で図9(B)と異なる
構造を有する。
However, it is not always necessary to provide the offset area. For example, in FIG.
The transistor shown in C) has a structure different from that in FIG. 9B in that an offset region is not provided.
または、本実施の形態により、電気特性が良好で信頼性の高いトランジスタを有する半
導体装置が提供される。
Alternatively, according to this embodiment, a semiconductor device including a transistor with favorable electrical characteristics and high reliability is provided.
本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組
み合わせて用いることができる。
The structures, methods, and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with the structures, methods, and the like described in other embodiments.
(実施の形態4)
実施の形態1、実施の形態2または実施の形態3で例示したトランジスタを用いて表示
機能を有する半導体装置(表示装置ともいう)を作製することができる。また、トランジ
スタを含む駆動回路の一部または全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオ
ンパネルを形成することができる。
(Embodiment 4)
A semiconductor device having a display function (also referred to as a display device) can be manufactured using the transistors described in
図7(A)において、第1の基板201上に設けられた画素部202を囲むようにして
、シール材205が設けられ、第2の基板206によって封止されている。図7(A)に
おいては、第1の基板201上のシール材205によって囲まれている領域とは異なる領
域に、別途用意された基板上に単結晶半導体層または多結晶半導体層で形成された走査線
駆動回路204、信号線駆動回路203が実装されている。また別途形成された信号線駆
動回路203と、走査線駆動回路204または画素部202に与えられる各種信号及び電
位は、FPC(Flexible printed circuit)218a、218
bから供給されている。
In FIG. 7A, a
supplied by b.
図7(B)及び図7(C)において、第1の基板201上に設けられた画素部202と
、走査線駆動回路204とを囲むようにして、シール材205が設けられている。また画
素部202と、走査線駆動回路204の上に第2の基板206が設けられている。よって
画素部202と、走査線駆動回路204とは、第1の基板201とシール材205と第2
の基板206とによって、表示素子と共に封止されている。図7(B)及び図7(C)に
おいては、第1の基板201上のシール材205によって囲まれている領域とは異なる領
域に、別途用意された基板上に単結晶半導体層または多結晶半導体層で形成された信号線
駆動回路203が実装されている。図7(B)及び図7(C)においては、別途形成され
た信号線駆動回路203と、走査線駆動回路204または画素部202に与えられる各種
信号及び電位は、FPC218から供給されている。
7B and 7C, a
It is sealed together with the display element by the
また図7(B)及び図7(C)においては、信号線駆動回路203を別途形成し、第1
の基板201に実装している例を示しているが、この構成に限定されない。走査線駆動回
路を別途形成して実装してもよいし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部
のみを別途形成して実装してもよい。
7B and 7C, the signal
Although an example of mounting on the
なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、COG(C
hip On Glass)方法、ワイヤボンディング方法、或いはTAB(Tape
Automated Bonding)方法などを用いることができる。図7(A)は、
COG方法により信号線駆動回路203、走査線駆動回路204を実装する例であり、図
7(B)は、COG方法により信号線駆動回路203を実装する例であり、図7(C)は
、TAB方法により信号線駆動回路203を実装する例である。
Note that the connection method of the separately formed drive circuit is not particularly limited, and COG (C
hip On Glass) method, wire bonding method, or TAB (Tape
Automated Bonding) method or the like can be used. FIG. 7(A) shows
This is an example of mounting the signal
また、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントロー
ラを含むICなどを実装した状態にあるモジュールとを含む。
Further, the display device includes a panel in which a display element is sealed, and a module in which an IC including a controller is mounted on the panel.
なお、本明細書中における表示装置とは、画像表示デバイス、表示デバイス、もしくは
光源(照明装置含む)を指す。また、コネクター、例えばFPCもしくはTABテープも
しくはTCPが取り付けられたモジュール、TABテープやTCPの先にプリント配線板
が設けられたモジュールまたは表示素子にCOG方式によりIC(集積回路)が直接実装
されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
Note that the display device in this specification refers to an image display device, a display device, or a light source (including a lighting device). Also, a module with a connector such as FPC or TAB tape or TCP attached, a module with a printed wiring board provided at the tip of TAB tape or TCP, or a module with an IC (integrated circuit) directly mounted on a display element by the COG method. shall be included in the display device.
また第1の基板201上に設けられた画素部及び走査線駆動回路は、トランジスタを複
数有しており、実施の形態1、実施の形態2または実施の形態3で一例を示したトランジ
スタを適用することができる。
In addition, the pixel portion and the scan line driver circuit provided over the
表示装置に設けられる表示素子としては液晶素子(液晶表示素子ともいう)、発光素子
(発光表示素子ともいう)、を用いることができる。発光素子は、電流または電圧によっ
て輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機EL(Electro
Luminescence)、有機ELなどを含む。また、電子インクなど、電気的作
用によりコントラストが変化する表示媒体も適用することができる。
As a display element provided in the display device, a liquid crystal element (also referred to as a liquid crystal display element) or a light-emitting element (also referred to as a light-emitting display element) can be used. Light-emitting elements include elements whose luminance is controlled by current or voltage.
luminescence), organic EL, and the like. In addition, a display medium such as electronic ink whose contrast is changed by an electrical action can also be applied.
表示素子として、液晶素子を用いる場合、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子
液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶などを用いることができる。こ
れらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、
カイラルネマチック相、等方相などを示す。
When a liquid crystal element is used as the display element, thermotropic liquid crystal, low-molecular liquid crystal, polymer liquid crystal, polymer-dispersed liquid crystal, ferroelectric liquid crystal, antiferroelectric liquid crystal, or the like can be used. Depending on the conditions, these liquid crystal materials have a cholesteric phase, a smectic phase, a cubic phase,
Shows chiral nematic phase, isotropic phase, etc.
また、配向層を不要とすることができるブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相
は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等
方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため
、温度範囲を改善するためにカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層に用いる
。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が1msec以下と
短く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向
層を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起
こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減
することができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。
Alternatively, a liquid crystal exhibiting a blue phase may be used for which an alignment layer is not required. The blue phase is one of the liquid crystal phases, and is a phase that appears immediately before the cholesteric phase transitions to the isotropic phase when the temperature of the cholesteric liquid crystal is increased. Since the blue phase is expressed only in a narrow temperature range, a liquid crystal composition mixed with a chiral agent is used for the liquid crystal layer in order to improve the temperature range. A liquid crystal composition containing a liquid crystal exhibiting a blue phase and a chiral agent has a short response time of 1 msec or less, is optically isotropic, does not require alignment treatment, and has low viewing angle dependency. In addition, rubbing treatment is not required because an alignment layer is not required, so that electrostatic breakdown caused by rubbing treatment can be prevented, and defects and breakage of the liquid crystal display device during the manufacturing process can be reduced. . Therefore, it becomes possible to improve the productivity of the liquid crystal display device.
また、液晶材料の固有抵抗率は、1×109Ω・cm以上であり、好ましくは1×10
11Ω・cm以上であり、さらに好ましくは1×1012Ω・cm以上である。なお、本
明細書における固有抵抗率の値は、20℃で測定した値とする。
In addition, the specific resistivity of the liquid crystal material is 1×10 9 Ω·cm or more, preferably 1×10 Ω·cm or more.
It is 11 Ω·cm or more, more preferably 1×10 12 Ω·cm or more. It should be noted that the value of specific resistivity in this specification is the value measured at 20°C.
液晶表示装置に設けられる保持容量の大きさは、画素部に配置されるトランジスタのリ
ーク電流などを考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。高純度の
酸化物半導体層を有するトランジスタを用いることにより、各画素における液晶容量に対
して1/3以下、好ましくは1/5以下の容量の大きさを有する保持容量を設ければ充分
である。
The size of the storage capacitor provided in the liquid crystal display device is set in consideration of the leak current of the transistor arranged in the pixel portion so that the charge can be stored for a predetermined period. By using a transistor including a highly purified oxide semiconductor layer, it is sufficient to provide a storage capacitor having a capacitance that is ⅓ or less, preferably ⅕ or less, of the liquid crystal capacitance of each pixel. .
本実施の形態で用いる酸化物半導体層を用いたトランジスタは、オフ状態における電流
値(オフ電流値)を低くすることができる。よって、画像信号などの電気信号の保持時間
を長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフ
レッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果を奏する。
A transistor including an oxide semiconductor layer used in this embodiment can have a low current value in an off state (off-state current value). Therefore, the holding time of an electric signal such as an image signal can be lengthened, and the writing interval can be set long in the power-on state. Therefore, the frequency of the refresh operation can be reduced, which has the effect of suppressing power consumption.
また、本実施の形態で用いる酸化物半導体層を用いたトランジスタは、比較的高い電界
効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。よって、液晶表示装置の画素部に上
記トランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。また、上記トラ
ンジスタは、同一基板上に駆動回路部または画素部に作り分けて作製することができるた
め、液晶表示装置の部品点数を削減することができる。
In addition, since the transistor including an oxide semiconductor layer used in this embodiment can have relatively high field-effect mobility, it can be driven at high speed. Therefore, by using the above transistor in a pixel portion of a liquid crystal display device, a high-quality image can be provided. In addition, since the transistor can be separately formed in the driver circuit portion and the pixel portion over the same substrate, the number of components of the liquid crystal display device can be reduced.
液晶表示装置には、TN(Twisted Nematic)モード、IPS(In-
Plane-Switching)モード、FFS(Fringe Field Swi
tching)モード、ASM(Axially Symmetric aligned
Micro-cell)モード、OCB(Optical Compensated
Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liqu
id Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Li
quid Crystal)モードなどを用いることができる。
Liquid crystal display devices include TN (Twisted Nematic) mode, IPS (In-
Plane-Switching) mode, FFS (Fringe Field Switch
tching) mode, ASM (Axially Symmetrically aligned
Micro-cell) mode, OCB (Optical Compensated)
Birefringence) mode, FLC (Ferroelectric Liquid)
id Crystal) mode, AFLC (AntiFerroelectric Li
Quid Crystal) mode or the like can be used.
また、ノーマリーブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向(VA)モードを採用し
た透過型の液晶表示装置としてもよい。ここで、垂直配向モードとは、液晶表示パネルの
液晶分子の配列を制御する方式の一種であり、電圧が印加されていないときにパネル面に
対して液晶分子が垂直方向を向く方式である。垂直配向モードとしては、いくつか挙げら
れるが、例えば、MVA(Multi-Domain Vertical Alignm
ent)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment
)モード、ASVモードなどを用いることができる。また、画素(ピクセル)をいくつか
の領域(サブピクセル)に分け、それぞれ別の方向に分子を倒すよう工夫されているマル
チドメイン化あるいはマルチドメイン設計といわれる方法を用いることができる。
Alternatively, a normally black liquid crystal display device, for example, a transmissive liquid crystal display device employing a vertical alignment (VA) mode may be used. Here, the vertical alignment mode is a type of method for controlling the alignment of liquid crystal molecules in a liquid crystal display panel, and is a method in which the liquid crystal molecules are oriented perpendicularly to the panel surface when no voltage is applied. Some examples of the vertical alignment mode include MVA (Multi-Domain Vertical Alignment).
ent) mode, PVA (Patterned Vertical Alignment
) mode, ASV mode, etc. can be used. Also, a method called multi-domain formation or multi-domain design, in which a pixel is divided into several regions (sub-pixels) and molecules are tilted in different directions, can be used.
また、表示装置において、ブラックマトリクス(遮光層)、偏光部材、位相差部材、反
射防止部材などの光学部材(光学基板)などは適宜設ける。例えば、偏光基板及び位相差
基板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを
用いてもよい。
In the display device, optical members (optical substrates) such as a black matrix (light shielding layer), a polarizing member, a retardation member, and an antireflection member are provided as appropriate. For example, circularly polarized light using a polarizing substrate and a retardation substrate may be used. Moreover, a backlight, a sidelight, or the like may be used as the light source.
また、バックライトとして複数の発光ダイオード(LED)を用いて、時間分割表示方
式(フィールドシーケンシャル駆動方式)を行うことも可能である。フィールドシーケン
シャル駆動方式を適用することで、カラーフィルタを用いることなく、カラー表示を行う
ことができる。
It is also possible to use a plurality of light-emitting diodes (LEDs) as a backlight to perform a time-division display method (field sequential driving method). By applying the field sequential driving method, color display can be performed without using a color filter.
また、画素部における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式などを用
いることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、RGB(
Rは赤、Gは緑、Bは青を表す)の三色に限定されない。例えば、RGBW(Wは白を表
す)、またはRGBに、イエロー、シアン、マゼンタなどを一色以上追加したものがある
。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、本発
明はカラー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用す
ることもできる。
Further, as a display method in the pixel portion, a progressive method, an interlace method, or the like can be used. RGB (
R represents red, G represents green, and B represents blue). For example, RGBW (where W represents white), or RGB plus one or more colors such as yellow, cyan, and magenta. Note that the size of the display area may be different for each dot of the color element. However, the present invention is not limited to a color display device, and can also be applied to a monochrome display device.
また、表示装置に含まれる表示素子として、エレクトロルミネッセンスを利用する発光
素子を適用することができる。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材
料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機
EL素子、後者は無機EL素子と呼ばれている。
A light-emitting element utilizing electroluminescence can be used as a display element included in the display device. Light-emitting elements utilizing electroluminescence are classified according to whether the light-emitting material is an organic compound or an inorganic compound. Generally, the former is called an organic EL element, and the latter is called an inorganic EL element.
有機EL素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子及び正孔
がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、これらキャ
リア(電子及び正孔)が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し
、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような
発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
In the organic EL element, when a voltage is applied to the light-emitting element, electrons and holes are injected from a pair of electrodes into a layer containing a light-emitting organic compound, and current flows. Then, recombination of these carriers (electrons and holes) causes the light-emitting organic compound to form an excited state, and light is emitted when the excited state returns to the ground state. Due to such a mechanism, such a light-emitting element is called a current-excited light-emitting element.
無機EL素子は、その素子構成により、分散型無機EL素子と薄膜型無機EL素子とに
分類される。分散型無機EL素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を
有するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー-
アクセプター再結合型発光である。薄膜型無機EL素子は、発光層を誘電体層で挟み込み
、さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を
利用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機EL素子を用いて説明
する。
Inorganic EL elements are classified into dispersion type inorganic EL elements and thin film type inorganic EL elements according to the element structure. A dispersion-type inorganic EL device has a light-emitting layer in which particles of a light-emitting material are dispersed in a binder.
This is acceptor recombination type emission. A thin-film inorganic EL device has a structure in which a light-emitting layer is sandwiched between dielectric layers, which are further sandwiched between electrodes, and the light-emitting mechanism is localized light emission utilizing inner-shell electronic transition of metal ions. Note that an organic EL element is used as a light-emitting element in this description.
発光素子は発光を取り出すために少なくとも一対の電極の一方が透明であればよい。そ
して、基板上にトランジスタ及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取り出
す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対側の
面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、どの射出構造の発光素子も適用す
ることができる。
At least one of the pair of electrodes of the light-emitting element should be transparent in order to emit light. Then, a transistor and a light-emitting element are formed on a substrate, and top emission for extracting light from the surface opposite to the substrate, bottom emission for extracting light from the surface on the substrate side, and the surface on the side of the substrate and the surface opposite to the substrate. There is a light emitting element with a double emission structure in which light is emitted from a double-sided emission structure, and any light emitting element with an emission structure can be applied.
また、表示装置として、電子インクを駆動させる電子ペーパーを提供することも可能で
ある。電子ペーパーは、電気泳動表示装置(電気泳動ディスプレイ)とも呼ばれており、
紙と同じ読みやすさ、他の表示装置に比べ低消費電力、薄くて軽い形状とすることが可能
という利点を有している。
It is also possible to provide electronic paper that drives electronic ink as a display device. Electronic paper is also called an electrophoretic display device (electrophoretic display).
It has the advantage of being as easy to read as paper, consumes less power than other display devices, and can be made thin and light.
電気泳動表示装置は、様々な形態が考えられ得るが、プラスの電荷を有する第1の粒子
と、マイナスの電荷を有する第2の粒子とを含むマイクロカプセルが溶媒または溶質に複
数分散されたものであり、マイクロカプセルに電界を印加することによって、マイクロカ
プセル中の粒子を互いに反対方向に移動させて一方側に集合した粒子の色のみを表示する
ものである。なお、第1の粒子または第2の粒子は染料を含み、電界がない場合において
移動しないものである。また、第1の粒子の色と第2の粒子の色は異なるもの(無色を含
む)とする。
Various forms of electrophoretic display devices can be conceived, and a plurality of microcapsules containing positively charged first particles and negatively charged second particles are dispersed in a solvent or solute. By applying an electric field to the microcapsules, the particles in the microcapsules are moved in opposite directions to display only the color of the particles gathered on one side. The first particles or the second particles contain a dye and do not move in the absence of an electric field. Also, the color of the first particles and the color of the second particles are different (including colorless).
このように、電気泳動表示装置は、誘電定数の高い物質が高い電界領域に移動する、い
わゆる誘電泳動的効果を利用したディスプレイである。
Thus, the electrophoretic display device is a display that utilizes the so-called dielectrophoretic effect in which a substance with a high dielectric constant moves to a high electric field region.
上記マイクロカプセルを溶媒中に分散させたものが電子インクと呼ばれるものであり、
この電子インクはガラス、プラスチック、布、紙などの表面に印刷することができる。ま
た、カラーフィルタや色素を有する粒子を用いることによってカラー表示も可能である。
A dispersion of the microcapsules in a solvent is called electronic ink,
This electronic ink can be printed on surfaces such as glass, plastic, cloth, and paper. Color display is also possible by using a color filter or pigment-containing particles.
なお、マイクロカプセル中の第1の粒子及び第2の粒子は、導電体材料、絶縁体材料、
半導体材料、磁性材料、液晶材料、強誘電性材料、エレクトロルミネセント材料、エレク
トロクロミック材料、磁気泳動材料から選ばれた一種の材料またはこれらの複合材料を用
いればよい。
In addition, the first particles and the second particles in the microcapsules are a conductor material, an insulator material,
A material selected from a semiconductor material, a magnetic material, a liquid crystal material, a ferroelectric material, an electroluminescent material, an electrochromic material, a magnetophoretic material, or a composite material thereof may be used.
また、電子ペーパーとして、ツイストボール表示方式を用いる表示装置も適用すること
ができる。ツイストボール表示方式とは、白と黒に塗り分けられた球形粒子を表示素子に
用いる電極層である第1の電極層及び第2の電極層の間に配置し、第1の電極層及び第2
の電極層に電位差を生じさせて球形粒子の向きを制御することにより、表示を行う方法で
ある。
A display device using a twist ball display method can also be used as the electronic paper. In the twist ball display method, spherical particles separately painted in white and black are arranged between a first electrode layer and a second electrode layer, which are electrode layers used in a display element, and the first electrode layer and the second electrode layer are arranged. 2
In this method, display is performed by controlling the orientation of spherical particles by generating a potential difference between the electrode layers.
表示装置は光源または表示素子からの光を透過させて表示を行う。よって光が透過する
画素部に設けられる基板、絶縁層、導電層などの薄膜はすべて可視光の波長領域の光に対
して透光性とする。
A display device performs display by transmitting light from a light source or a display element. Therefore, thin films such as a substrate, an insulating layer, and a conductive layer provided in a pixel portion through which light is transmitted are all translucent to light in the visible wavelength range.
表示素子に電圧を印加する第1の電極層及び第2の電極層(画素電極層、共通電極層、
対向電極層などともいう)においては、取り出す光の方向、電極層が設けられる場所、及
び電極層のパターン構造によって透光性、反射性を選択すればよい。
A first electrode layer and a second electrode layer (pixel electrode layer, common electrode layer,
Also referred to as a counter electrode layer), translucency and reflectivity may be selected depending on the direction of light to be extracted, the location where the electrode layer is provided, and the pattern structure of the electrode layer.
以上のように実施の形態1、実施の形態2または実施の形態3で例示したトランジスタ
を適用することで、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。なお、実施の形態
1、実施の形態2または実施の形態3で例示したトランジスタは上述の表示機能を有する
半導体装置のみでなく、電源回路に搭載されるパワーデバイス、LSIなどの半導体集積
回路、対象物の情報を読み取るイメージセンサ機能を有する半導体装置など様々な機能を
有する半導体装置に適用することが可能である。
By using the transistor described in
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと
適宜組み合わせて用いることができる。
The structures, methods, and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with the structures, methods, and the like described in other embodiments.
(実施の形態5)
本発明の一態様である半導体装置は、さまざまな電子機器(遊技機も含む)に適用する
ことができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置(テレビまたはテレビジョ
ン受信機ともいう)、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカ
メラなどのカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置とも
いう)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機
などが挙げられる。上記実施の形態で説明した半導体装置を具備する電子機器の例につい
て説明する。
(Embodiment 5)
A semiconductor device which is one embodiment of the present invention can be applied to various electronic devices (including game machines). Examples of electronic devices include television devices (also referred to as televisions or television receivers), monitors for computers, cameras such as digital cameras and digital video cameras, digital photo frames, mobile phones (mobile phones, mobile phone devices ), portable game machines, personal digital assistants, sound reproduction devices, and large game machines such as pachinko machines. Examples of electronic devices each including the semiconductor device described in the above embodiment will be described.
図8(A)は、ノート型のパーソナルコンピュータであり、本体301、筐体302、
表示部303、キーボード304などによって構成されている。実施の形態1乃至4のい
ずれかで示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いノート型のパーソナルコ
ンピュータとすることができる。
FIG. 8A shows a notebook personal computer including a
It is composed of a
図8(B)は、携帯情報端末(PDA)であり、本体311には表示部313と、外部
インターフェイス315と、操作ボタン314などが設けられている。また操作用の付属
品としてスタイラス312がある。実施の形態1乃至3のいずれかで示した半導体装置を
適用することにより、より信頼性の高い携帯情報端末(PDA)とすることができる。
FIG. 8B shows a personal digital assistant (PDA) in which a
図8(C)は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍320は、筐体321
及び筐体322の2つの筐体で構成されている。筐体321及び筐体322は、軸部32
5により一体とされており、該軸部325を軸として開閉動作を行うことができる。この
ような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。
FIG. 8C shows an example of an electronic book. For example, the
and a
5, and can be opened and closed with the
筐体321には表示部323が組み込まれ、筐体322には表示部324が組み込まれ
ている。表示部323及び表示部324は、続き画面を表示する構成としてもよいし、異
なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすることで、例えば
右側の表示部(図8(C)では表示部323)に文章を表示し、左側の表示部(図8(C
)では表示部324)に画像を表示することができる。実施の形態1乃至4のいずれかで
示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高い電子書籍とすることができる。
A
) can display an image on the display unit 324). By using the semiconductor device described in any one of Embodiments 1 to 4, the e-book reader can have high reliability.
また、図8(C)では、筐体321に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐
体321において、電源326、操作キー327、スピーカー328などを備えている。
操作キー327により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキーボー
ドやポインティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に
、外部接続用端子(イヤホン端子、USB端子など)、記録媒体挿入部などを備える構成
としてもよい。さらに、電子書籍320は、電子辞書としての機能を持たせた構成として
もよい。
FIG. 8C shows an example in which the
An
また、電子書籍320は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、
電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすること
も可能である。
Further, the
It is also possible to purchase and download desired book data from an electronic book server.
図8(D)は、携帯型情報端末であり、筐体330及び筐体331の二つの筐体で構成
されている。筐体331には、表示パネル332、スピーカー333、マイクロフォン3
34、ポインティングデバイス336、カメラ用レンズ337、外部接続端子338など
を備えている。また、筐体330には、携帯型情報端末の充電を行う太陽電池セル340
、外部メモリスロット341などを備えている。また、アンテナは筐体331内部に内蔵
されている。実施の形態1乃至4のいずれかで示した半導体装置を適用することにより、
信頼性の高い携帯型情報端末とすることができる。
FIG. 8D shows a portable information terminal including two housings, a
34, a
, an
A highly reliable portable information terminal can be obtained.
また、表示パネル332はタッチパネルを備えており、図8(D)には映像表示されて
いる複数の操作キー335を点線で示している。なお、太陽電池セル340で出力される
電圧を各回路に必要な電圧に昇圧するための昇圧回路も実装している。
The
表示パネル332は、使用形態に応じて表示の方向が適宜変化する。また、表示パネル
332と同一面上にカメラ用レンズ337を備えているため、テレビ電話が可能である。
スピーカー333及びマイクロフォン334は音声通話に限らず、テレビ電話、録音、再
生などが可能である。さらに、筐体330と筐体331は、スライドし、図8(D)のよ
うに展開している状態から重なり合った状態とすることができ、携帯に適した小型化が可
能である。
The display direction of the
The
外部接続端子338はACアダプタ及びUSBケーブルなどの各種ケーブルと接続可能
であり、充電及びパーソナルコンピュータなどとのデータ通信が可能である。また、外部
メモリスロット341に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存及び移動に対応できる
。
The
また、上記機能に加えて、赤外線通信機能、テレビ受信機能などを備えたものであって
もよい。
Moreover, in addition to the above functions, an infrared communication function, a television reception function, and the like may be provided.
図8(E)は、デジタルビデオカメラであり、本体351、表示部(A)357、接眼
部353、操作スイッチ354、表示部(B)355、バッテリー356などによって構
成されている。実施の形態1乃至4のいずれかで示した半導体装置を適用することにより
、信頼性の高いデジタルビデオカメラとすることができる。
FIG. 8E shows a digital video camera, which includes a
図8(F)は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置360は、筐
体361に表示部363が組み込まれている。表示部363により、映像を表示すること
が可能である。また、ここでは、スタンド365により筐体361を支持した構成を示し
ている。実施の形態1乃至4のいずれかで示した半導体装置を適用することにより、信頼
性の高いテレビジョン装置360とすることができる。
FIG. 8F shows an example of a television device. A
テレビジョン装置360の操作は、筐体361が備える操作スイッチや、別体のリモコ
ン操作機により行うことができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から出
力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。
The
なお、テレビジョン装置360は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機に
より一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線に
よる通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)または双方向
(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。
Note that the
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと
適宜組み合わせて用いることができる。
The structures, methods, and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with the structures, methods, and the like described in other embodiments.
100 基板
101 第1の領域
102 第2の領域
103 絶縁層
104 第1の絶縁層
105 第2の絶縁層
106 酸化物半導体層
108a 配線
108b 配線
112 ゲート絶縁層
113 ゲート絶縁層
114 ゲート電極
116a ソース電極
116b ドレイン電極
122a ソース領域
122b ドレイン領域
123a オフセット領域
123b オフセット領域
124 層間絶縁層
126 チャネル領域
130 側壁絶縁層
131 第1の絶縁層
132 第2の絶縁層
133 第3の絶縁層
136 酸化物半導体層
155 トランジスタ
156 トランジスタ
201 基板
202 画素部
203 信号線駆動回路
204 走査線駆動回路
205 シール材
206 基板
218 FPC
218a FPC
218b FPC
301 本体
302 筐体
303 表示部
304 キーボード
311 本体
312 スタイラス
313 表示部
314 操作ボタン
315 外部インターフェイス
320 電子書籍
321 筐体
322 筐体
323 表示部
324 表示部
325 軸部
326 電源
327 操作キー
328 スピーカー
330 筐体
331 筐体
332 表示パネル
333 スピーカー
334 マイクロフォン
335 操作キー
336 ポインティングデバイス
337 カメラ用レンズ
338 外部接続端子
340 太陽電池セル
341 外部メモリスロット
351 本体
353 接眼部
354 操作スイッチ
355 表示部(B)
356 バッテリー
357 表示部(A)
360 テレビジョン装置
361 筐体
363 表示部
365 スタンド
100
218a FPC
218b FPC
301
360
Claims (2)
前記第1の領域及び前記第2の領域に接して設けられた酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層に接して設けられたゲート絶縁層と、ソース電極と、ドレイン電極と、
前記ゲート絶縁層に接して設けられたゲート電極と、を有し、
前記ゲート絶縁層は、前記ソース電極の側面及び前記ドレイン電極の側面と接し、
前記酸化物半導体層は、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有し、
前記チャネル領域は、前記第1の領域に接し、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域は、前記第2の領域に接し、
前記第1の領域には、酸化シリコンを有し、
前記第2の領域には、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを有する、半導体装置。 an insulating layer having a first region and a second region;
an oxide semiconductor layer provided in contact with the first region and the second region;
a gate insulating layer provided in contact with the oxide semiconductor layer, a source electrode, and a drain electrode;
a gate electrode provided in contact with the gate insulating layer;
the gate insulating layer is in contact with a side surface of the source electrode and a side surface of the drain electrode;
the oxide semiconductor layer has a channel region, a source region and a drain region;
the channel region is in contact with the first region ;
the source region and the drain region are in contact with the second region ;
The first region has silicon oxide,
The semiconductor device, wherein the second region includes silicon nitride, silicon nitride oxide, silicon oxynitride, aluminum oxide, aluminum nitride, or aluminum oxynitride.
前記酸化物半導体層は、前記ゲート絶縁層と重なり、前記ゲート電極と重ならない領域を有する、半導体装置。The semiconductor device, wherein the oxide semiconductor layer has a region overlapping with the gate insulating layer and not overlapping with the gate electrode.
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